《电工电子技术：第24讲 负反馈类型的分析方法小结》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工电子技术：第24讲 负反馈类型的分析方法小结（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、可靠性与系统工程学院可靠性与系统工程学院学生会整理学生会整理第5章上页下页返回负反馈类型的分析方法小结负反馈类型的分析方法小结瞬时极性法瞬时极性法正、负反馈的分析正、负反馈的分析正、负反馈的分析正、负反馈的分析 第一步第一步 ：找出电路各点的瞬时极性：找出电路各点的瞬时极性第二步第二步 ： 将反馈信号与输入信号相比较将反馈信号与输入信号相比较 id = ii if ii ud= ui ufui削弱净输入信号削弱净输入信号 负反馈负反馈串联还是并联反馈串联还是并联反馈串联还是并联反馈串联还是并联反馈从输入回路分析从输入回路分析反馈信号与输入信号相串联加到输入端反馈信号与输入信号相串联加到输入端
2、串联负反馈串联负反馈（以电压形式出现）以电压形式出现）反馈信号与输入信号相并联加到输入端反馈信号与输入信号相并联加到输入端 并联负反馈并联负反馈（以电流形式出现）以电流形式出现）Rf+_R1 1R2uf+_u0ui+_uf+_ud+_uiRf+_R1 1R2u0uiiiifAO+_uiid_ii+_u0if+Rf+_R1 1R2u0uiiiifAO可靠性与系统工程学院可靠性与系统工程学院学生会整理学生会整理第5章上页下页返回电压还是电流反馈电压还是电流反馈电压还是电流反馈电压还是电流反馈从输出回路分析从输出回路分析Rf+_R1 1R2u0uiiiif反馈信号反馈信号（ ）与输出电压与输出电压
3、u0 或ufif 电压负反馈电压负反馈直接成比例关系直接成比例关系反馈信号（反馈信号（ ）与输出电流）与输出电流 i0 或ufif 电流负反馈电流负反馈直接成比例关系直接成比例关系F F+-+-i0LuiufRfUif=Rf-u0uf=i0RfAOAO可靠性与系统工程学院可靠性与系统工程学院学生会整理学生会整理 例题例题5.3.15.3.1反馈类型的判别反馈类型的判别ufRL在输入端在输入端：ud =ui- ufri并联负反馈降低输入电阻并联负反馈降低输入电阻 rifri输出电阻输出电阻电压负反馈稳定输出电压，所以电压负反馈稳定输出电压，所以电压负反馈降低输出电阻，电压负反馈降低输出电阻，ro
4、fro第5章上页下页返回可靠性与系统工程学院可靠性与系统工程学院学生会整理学生会整理5 54 4 集成运放在模拟信集成运放在模拟信号运算方面的运用号运算方面的运用 集成运算放大器与外部电阻、电容、半导体集成运算放大器与外部电阻、电容、半导体器件等构成闭环电路后，能对各种模拟信号进器件等构成闭环电路后，能对各种模拟信号进行比例、加法、减法、微分、积分、对数、反行比例、加法、减法、微分、积分、对数、反对数、乘法和除法等运算。对数、乘法和除法等运算。 运算放大器工作在线性区时，通常要引入深运算放大器工作在线性区时，通常要引入深度负反馈。所以，它的输出电压和输入电压的度负反馈。所以，它的输出电压和输入
5、电压的关系基本决定于反馈电路和输入电路的结构和关系基本决定于反馈电路和输入电路的结构和参数，而与运算放大器本身的参数关系不大。参数，而与运算放大器本身的参数关系不大。改变输入电路和反馈电路的结构形式，就可以改变输入电路和反馈电路的结构形式，就可以实现不同的运算。实现不同的运算。可靠性与系统工程学院可靠性与系统工程学院学生会整理学生会整理一、比例运算电路一、比例运算电路1 1. . . . 反相比例运算反相比例运算反相比例运算反相比例运算（1）电路组成）电路组成 以后如不加说明，输入、以后如不加说明，输入、输出的另一端均为地输出的另一端均为地( )。（2）电压放大倍数）电压放大倍数因因虚短虚短,
6、 所以所以u=u+= 0，称反相输入端称反相输入端“虚地虚地” 反相输入的重要特反相输入的重要特点点因因虚断，虚断，i+= i = 0 ， ifi1ii+uoRFuiR2R1+ 所以所以 i1 if 因要求静态时因要求静态时u+、 u 对对地电阻相同，地电阻相同， 所以所以平衡电阻平衡电阻 R2 = R1 / RF可靠性与系统工程学院可靠性与系统工程学院学生会整理学生会整理电压放大倍数电压放大倍数电压放大倍数电压放大倍数uoRFuiR2R1+ 反馈电路直接从输反馈电路直接从输出端引出出端引出电压反馈电压反馈输入信号和反馈信号加在输入信号和反馈信号加在同一输入端同一输入端并联反馈并联反馈反馈信号
7、使净输入反馈信号使净输入信号减小信号减小负反馈负反馈电压并联负反馈电压并联负反馈电压并联负反馈电压并联负反馈输入电阻低，输入电阻低，输入电阻低，输入电阻低，共模电压共模电压共模电压共模电压 0 0可靠性与系统工程学院可靠性与系统工程学院学生会整理学生会整理 电压并联负反馈，输入、输出电阻低，电压并联负反馈，输入、输出电阻低，电压并联负反馈，输入、输出电阻低，电压并联负反馈，输入、输出电阻低， r ri i = = R R1 1。共模输入电压低。共模输入电压低。共模输入电压低。共模输入电压低。 结论：结论： A Au uf f为负值，即为负值，即为负值，即为负值，即 u uo o与与与与 u u
8、i i 极性相反。极性相反。极性相反。极性相反。因为因为因为因为 u ui i 加加加加 在反相输入端。在反相输入端。在反相输入端。在反相输入端。 A Au uf f 只与外部电阻只与外部电阻只与外部电阻只与外部电阻 R R1 1、R RF F 有关，与运放本有关，与运放本有关，与运放本有关，与运放本 身参数无关。身参数无关。身参数无关。身参数无关。 | | A Au uf f | | 可大于可大于可大于可大于 1 1，也可等于，也可等于，也可等于，也可等于 1 1 或小于或小于或小于或小于 1 1 。 因因因因u u = u= u+ += 0 = 0 ， 所以所以所以所以反相输入端反相输入端
9、反相输入端反相输入端“ “虚地虚地虚地虚地” ”。可靠性与系统工程学院可靠性与系统工程学院学生会整理学生会整理例：例：电路如下图所示，已知电路如下图所示，已知 R1= 10 k ，RF = 50 k 。求：求：1. Auf 、R2 ； 2. 若若 R1不变，要求不变，要求Auf为为 10，则，则RF 、 R2 应为应为 多少多少？解：解：1. Auf = RF R1 = 50 10 = 5R2 = R1 RF =10 50 (10+50) = 8.3 k 2. 因因 Auf = RF / R1 = RF 10 = 10 故得故得 RF = Auf R1 = (10) 10 =100 k R2
10、= 10 100 (10 +100) = 9. 1 k uoRFuiR2R1+ 可靠性与系统工程学院可靠性与系统工程学院学生会整理学生会整理采用采用T型反馈网络的反相比例电路型反馈网络的反相比例电路目的：在高比例系数时，为避免目的：在高比例系数时，为避免RF阻值太大。阻值太大。分析：分析：u+=u-=0（虚短）（虚短） i1=i2 （虚断）（虚断）可靠性与系统工程学院可靠性与系统工程学院学生会整理学生会整理2. 2. 同相比例运算同相比例运算同相比例运算同相比例运算因因虚断，虚断，所以所以u+ = ui （1）电路组成）电路组成（2）电压放大倍数）电压放大倍数uoRFuiR2R1+ 因因虚短，
11、虚短，所以所以 u = ui ，反相输入端不反相输入端不“虚地虚地” 因要求静态时因要求静态时u+、u 对地对地电阻相同，电阻相同， 所以所以平衡电阻平衡电阻R2=R1/RFu+u可靠性与系统工程学院可靠性与系统工程学院学生会整理学生会整理输入电阻高输入电阻高输入电阻高输入电阻高共模电压共模电压共模电压共模电压 = = u ui i电压放大倍数电压放大倍数电压放大倍数电压放大倍数电压串联负反馈电压串联负反馈电压串联负反馈电压串联负反馈输入信号和反馈信号分别输入信号和反馈信号分别加两个输入端加两个输入端串联反馈串联反馈反馈电路直接从输反馈电路直接从输出端引出出端引出电压反馈电压反馈因因因因虚短，
12、所以虚短，所以虚短，所以虚短，所以 u u = = u ui i ，反相输入端不反相输入端不反相输入端不反相输入端不“ “虚地虚地虚地虚地” ” 反馈信号使净输入反馈信号使净输入信号减小信号减小负反馈负反馈uoRFuiR2R1+ 可靠性与系统工程学院可靠性与系统工程学院学生会整理学生会整理 电压串联负反馈，输入电阻高、输出电阻低，电压串联负反馈，输入电阻高、输出电阻低，电压串联负反馈，输入电阻高、输出电阻低，电压串联负反馈，输入电阻高、输出电阻低， 共模输入电压可能较高。共模输入电压可能较高。共模输入电压可能较高。共模输入电压可能较高。 结论：结论： A Au uf f 为正值，即为正值，即为
13、正值，即为正值，即 u uo o与与与与 u ui i 极性相同。极性相同。极性相同。极性相同。因为因为因为因为 u ui i 加加加加 在同相输入端。在同相输入端。在同相输入端。在同相输入端。 A Au uf f只与外部电阻只与外部电阻只与外部电阻只与外部电阻 R R1 1、R RF F 有关，与运放本有关，与运放本有关，与运放本有关，与运放本 身参数无关。身参数无关。身参数无关。身参数无关。 A Au uf f 1 1 ，不能小于，不能小于，不能小于，不能小于 1 1 。 u u = u = u+ + 0 0 ，反相输入端不存在，反相输入端不存在，反相输入端不存在，反相输入端不存在“ “虚
14、地虚地虚地虚地” ”现象。现象。现象。现象。可靠性与系统工程学院可靠性与系统工程学院学生会整理学生会整理 当当 R1= 或或 RF = 0 时，时， uo = ui ， Auf = 1， 称电压跟随器。称电压跟随器。uoRFuiR2R1+ 由运放构成的电压跟由运放构成的电压跟 随器随器输入电阻高、输出输入电阻高、输出 电阻低，电阻低，其跟随性能比其跟随性能比 射极输出器更好。射极输出器更好。uoui+ 左图是一电压跟随器，左图是一电压跟随器，左图是一电压跟随器，左图是一电压跟随器，电源经两个电阻分压后加在电源经两个电阻分压后加在电源经两个电阻分压后加在电源经两个电阻分压后加在电压跟随器的输入端
15、，当负电压跟随器的输入端，当负电压跟随器的输入端，当负电压跟随器的输入端，当负载载载载R RL L变化时，其两端电压变化时，其两端电压变化时，其两端电压变化时，其两端电压 u uo o不会随之变化。不会随之变化。不会随之变化。不会随之变化。uo+ 15k RL15k +15V 7.5k 例：例：可靠性与系统工程学院可靠性与系统工程学院学生会整理学生会整理负载电流的大小负载电流的大小负载电流的大小负载电流的大小与负载无关。与负载无关。与负载无关。与负载无关。 例例例例2 2：负载浮地的电压负载浮地的电压负载浮地的电压负载浮地的电压- -电流的转换电路电流的转换电路电流的转换电路电流的转换电路1.
16、 1. 能测量较小的电压；能测量较小的电压；能测量较小的电压；能测量较小的电压；2. 2. 输入电阻高，对被输入电阻高，对被输入电阻高，对被输入电阻高，对被 测电路影响小。测电路影响小。测电路影响小。测电路影响小。流过电流表的电流流过电流表的电流流过电流表的电流流过电流表的电流I IGGU UxR R2 2R R1 1+ + + + + R RL Lu ui iR R2 2R R1 1+ + + + + i iL Li i1 1可靠性与系统工程学院可靠性与系统工程学院学生会整理学生会整理二、二、 加法运算电路加法运算电路 1. 1. 反相加法运算电路反相加法运算电路反相加法运算电路反相加法运算
17、电路因因虚短虚短, u= u+= 0 平衡电阻：平衡电阻： R2= Ri1 / Ri2 / RFii2ii1ifui2uoRFui1Ri2Ri1+ R2+因因虚断虚断，i = 0 所以所以 ii1+ ii2 = if )(2i2iF1i1iFouRRuRRu = =可靠性与系统工程学院可靠性与系统工程学院学生会整理学生会整理2. 2. 同相加法运算电路同相加法运算电路同相加法运算电路同相加法运算电路方法方法方法方法1: 1: 根据叠加原理根据叠加原理根据叠加原理根据叠加原理 u ui1i1单独作用单独作用单独作用单独作用( (u ui2i20)0)时，时，时，时，同理，同理，ui2单独作用时单
18、独作用时ui2uoRFui1Ri2Ri1+ R1+可靠性与系统工程学院可靠性与系统工程学院学生会整理学生会整理方法方法2： 平衡电阻：平衡电阻：平衡电阻：平衡电阻： R Ri1 i1 / R/ Ri2i2 = R= R1 1 / / R RF Fu+思考思考u+=?也可写出也可写出也可写出也可写出 u u 和和和和 u u+ +的表达式，利用的表达式，利用的表达式，利用的表达式，利用 u u = = u u+ + 的性质求解。的性质求解。的性质求解。的性质求解。ui2uoRFui1Ri2Ri1+ R1+可靠性与系统工程学院可靠性与系统工程学院学生会整理学生会整理1. 1. 输入电阻低；输入电阻
19、低；输入电阻低；输入电阻低；2. 2. 共模电压低；共模电压低；共模电压低；共模电压低；3. 3. 当改变某一路输入电阻时，当改变某一路输入电阻时，当改变某一路输入电阻时，当改变某一路输入电阻时， 对其它路无影响；对其它路无影响；对其它路无影响；对其它路无影响；同相加法运算电路的特点：同相加法运算电路的特点：同相加法运算电路的特点：同相加法运算电路的特点：1. 1. 输入电阻高；输入电阻高；输入电阻高；输入电阻高；2. 2. 共模电压高；共模电压高；共模电压高；共模电压高；3. 3. 当改变某一路输入电阻时，当改变某一路输入电阻时，当改变某一路输入电阻时，当改变某一路输入电阻时， 对其它路有影
20、响；对其它路有影响；对其它路有影响；对其它路有影响；反相加法运算电路的特点：反相加法运算电路的特点：反相加法运算电路的特点：反相加法运算电路的特点：ui2uoRFui1Ri2Ri1+ R1+ui2uoRFui1Ri2Ri1+ R2+)(2i2iF1 i1 iFouRRuRRu+-=可靠性与系统工程学院可靠性与系统工程学院学生会整理学生会整理三、三、 减法运算电路减法运算电路由虚断可得：由虚断可得：由虚短可得：由虚短可得：分析方法分析方法分析方法分析方法1 1：ui2uoRFui1R3R2+ R1+ 如果取如果取 R1 = R2 ，R3 = RF 如如 R1 = R2 = R3 = RF R2
21、/ R3 = R1 / RF输出与两个输入信号的差值成正比。输出与两个输入信号的差值成正比。常用做测量常用做测量放大电路放大电路可靠性与系统工程学院可靠性与系统工程学院学生会整理学生会整理分析方法分析方法分析方法分析方法2 2：利用叠加原理：利用叠加原理：利用叠加原理：利用叠加原理 减法运算电路可看作是反相比例运算电路与同相减法运算电路可看作是反相比例运算电路与同相减法运算电路可看作是反相比例运算电路与同相减法运算电路可看作是反相比例运算电路与同相比例运算电路的叠加。比例运算电路的叠加。比例运算电路的叠加。比例运算电路的叠加。u+ui2uoRFui1R3R2+ R1+可靠性与系统工程学院可靠性
22、与系统工程学院学生会整理学生会整理四、四、 积分运算电路积分运算电路 由虚短及虚断性质可得由虚短及虚断性质可得 i1 = ifif =?ifi1uoCFuiR2R1+ uC+ 当电容当电容当电容当电容C CF F的初始电压的初始电压的初始电压的初始电压为为为为 u uC C( (t t0 0) ) 时时时时，则有，则有，则有，则有可靠性与系统工程学院可靠性与系统工程学院学生会整理学生会整理若输入信号电压为恒定直流量，即若输入信号电压为恒定直流量，即若输入信号电压为恒定直流量，即若输入信号电压为恒定直流量，即 u ui i= U= Ui i 时时时时，则，则，则，则uitO积分饱和积分饱和线性积
23、分时间线性积分时间线性积分时间线性积分时间UoMuotO+ UoMui = Ui 0 ui = Ui 0 采用集成运算放大器组成的积分电路，由于充电采用集成运算放大器组成的积分电路，由于充电电流基本上是恒定的，故电流基本上是恒定的，故 uo 是时间是时间 t 的一次函数，的一次函数，从而提高了它的线性度。从而提高了它的线性度。输出电压随时输出电压随时间线性变化间线性变化U Ui i U Ui itCRUF1i-=可靠性与系统工程学院可靠性与系统工程学院学生会整理学生会整理 将比例运算和积分运算结合在一起，就组成将比例运算和积分运算结合在一起，就组成比例比例比例比例- -积分运算电路。积分运算电
24、路。积分运算电路。积分运算电路。uoCFuiR2R1+ RFifi1电路的输出电压电路的输出电压上式表明：输出电压是对输入电压的比例上式表明：输出电压是对输入电压的比例-积分积分 这种运算器又称这种运算器又称 PI 调节器调节器, 常用于控制系统中常用于控制系统中, 以以保证自控系统的稳定性和控制精度。改变保证自控系统的稳定性和控制精度。改变 RF 和和 CF，可调整比例系数和积分时间常数可调整比例系数和积分时间常数, 以满足控制系统的以满足控制系统的要求。要求。可靠性与系统工程学院可靠性与系统工程学院学生会整理学生会整理五、五、 微分运算电路微分运算电路ifi1由虚短及虚断性质可得由虚短及虚
25、断性质可得 i1 = ifuoC1uiR2RF+ uitOuotOU Ui i U Ui i可靠性与系统工程学院可靠性与系统工程学院学生会整理学生会整理比例比例比例比例- -微分运算电路微分运算电路微分运算电路微分运算电路上式表明：输出电压是对输入电压的比例上式表明：输出电压是对输入电压的比例-微分微分 控制系统中，控制系统中， PD调节器在调节过程中起加速作用，调节器在调节过程中起加速作用，即使系统有较快的响应速度和工作稳定性。即使系统有较快的响应速度和工作稳定性。PDPD调节器调节器调节器调节器uoC1uiR2RF+ R1ifiRiC可靠性与系统工程学院可靠性与系统工程学院学生会整理学生会
26、整理应用举例：应用举例：PID调节器调节器依据虚断和虚短原则依据虚断和虚短原则if = i1+ic1Cfuo = - (if Rf + ifdt)duiu = ( + ) + RfC1 + ui dt oRfR1C1CfuidtR1Cf1i1 =iC =C1 dui dtuiR1，Cf21uoC1fici1if可靠性与系统工程学院可靠性与系统工程学院学生会整理学生会整理应用举例：应用举例：该电路由哪些基本该电路由哪些基本单元电路组成单元电路组成?分别写出分别写出A1 A2的表达式的表达式建立建立ui uo 的关系式的关系式由逆向积分器构成的微分电路由逆向积分器构成的微分电路可靠性与系统工程学院可靠性与系统工程学院学生会整理学生会整理作业：作业： 5.4.5， 5.4.6， 5.4.8， 5.4.10 5.4.11
