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负反馈放大电路设计

2020-06-02 10:30模拟电路 人已围观

简介在电路设计中,反馈这一概念的使用频率很高,在反馈电路之中,信号经过电路的处理,能够被放大,并让全部信号或者部分信号经过某一电路网络,返回到信号的输出处, 从而进行对...

  在电路设计中,反馈这一概念的使用频率很高,在反馈电路之中,信号经过电路的处理,能够被放大,并让全部信号或者部分信号经过某一电路网络,返回到信号的输出处, 从而进行对比分析工作,并将对比所得的输入信号进行处理,让其得到加强或者控制器输出,进而对系统功能产生一定的影响。放大电路和反馈电路所组成的闭合电路即为反馈电路的主要组成,所以这种系统又被成为反馈放大电路户这话闭环放大电路。
  
  运算放大器是负反馈放大电路的关键部分,一般会通过减小效益针对性能予以改善。技术人员通过实践发现,负反馈放大电路性能受到集成运算放大器的影响。放大电路增益会在负反馈放大线路的影响下出现下降的趋势,同时伴随着房贷电路性能改善情况的出现。对于反馈网络来说,无源构件有着十分重要的作用,在某些情况下系统也需要设计布置有源元件。在电路设计过程中,我们一般会将比较环节布置在基本放大器输入端和反馈网络之间的部分,并用专门的符号对负反馈进行表示。取样环节的实现位置则是基本放大器和反馈网络之间的部分,并用箭头表示信号的传输方向, 一般来说,电路中的信号传输方向都是单向的,那么反馈网络和基本放大电路就能够形成一个闭环,并且是收尾相接的 [1]。
  
  从下图我们就可以发现,放大电路的输出回路与采样网络连接时反馈电路的主要运用模式,并联和串联是常见的采样网络连接形式。
  图 1 反馈放大电路的连接示意图
  图 1 反馈放大电路的连接示意图
  

  1 负反馈四种类型的判断

  
  负反馈,主要指的就是反馈信号在引回输入端口值周, 那么最终的净输入 Xd 小于 Xi。换言之,反馈的信号强度与输入端的 Xi 对比之下较弱,这样一来就可以促使系统更加的安全稳定化。
  
  负反馈线路本身具有改善放大电路性能的能力。针对自动控制系统等系统稳定性的提升,都可以通过负反馈技术得以实现。目前,常见的负反馈组态一般是由反馈网络和采样网络组成,并有下图所示四种常见的形式。这四种电路分别被称为电流串联负反馈、电流并联负反馈、电压串联负反馈和电压并联负反馈 [2]。
  图 2
  图 2
  
  类型一:串联电压负反馈。在这种反馈类型中,反馈信号添加在反相端,输入信号添加在同相端(两、串),这就组成了串联反馈。反馈信号的引出位置为从负载电阻 RL 的上段,这也被叫做电压反馈。
  
  类型二:并联电压负反馈。在这种反馈模式中,反馈信号添加在反相端,输入信号也添加在反相端(一,并),这就组成了并联反馈。反馈信号的引出位置为负载电阻 RL 的上段,这也被叫做电压反馈。
  
  类型三:串联电流负反馈。在这种反馈类型中,反馈信号添加在反同相与反相的两端,输入信号也添加在反同相与反相的两端(两、串),通过对比我们发现这种反馈模式本质上也属于串联反馈;反馈信号的引出位置则为负载电阻TL 的下端,这也被叫做电流反馈 [3]。
  
  类型四:并联电路负反馈。反馈信号添加在反相端,输入信号也添加在反相端(一,并),所以这也是并联反馈的一种类型。反馈信号的引入位置为负载电阻 RL 的下端,在实际上,这是电流反馈的一种形式 [4]。
  

  2 负反馈放大电路设计分析

  
  2.1 开环电路设计
  
  激振荡在负反馈放大电路中十分常见,这种现象发生的原因是由于反馈电路本身会携带电阻性,所以就会在某一个频率上,在一个多极点放大电路中发生附加相位移动。如果移动达到了 180°,那么原本在中频区时处于同相状态的输入、输出就会变化成状态为反相的输入和输出。此时,在中频区完成负反馈的引入,频率就会从负反馈变成正反馈,另外,如果强度达到了一定的程度,自激振荡的问题就很难得到有效避免。为了避免这些问题,我们通过在设计具有三个极点的开环电路,达到相应的效果。一般运用以下公式完成开环基本放电电路的所传输设置:
  图3
  图3
  图4
  图4
  
  我们可以先用一个运防组成一个电压跟随器,并将这个电压跟随器与 RC 低通滤波电路组合在一起,形成一个有源低通滤波电路,并让这一电路的增益值为 1,此时需要设计一个截止频率不一的三级电路,利用这一电路再加一级倍数的 104 同样比例的运算电路,进而完成相互串接操作,这样就能构建出三个极点的开环基本放大电路。
  
  2.2 仿真设计
  
  在改善放大器性能方面,负反馈有着较好的表现,因此也在电子电路技术应用中得到了广泛的认可。为了进一步明确放大电路在引入负反馈后所产生的影响,在实际设计过程中,可以充分利用 Multisim 混合电路仿真平台地方相关功能,开展仿真电路的创建工作,并通过参数扫描等仿真手段, 针对引入电压串联负反馈前后两极阻容耦合放大电路的特性开展仿真分析工作。
  
  技术人员需要在 Multisim 中完成电路原理图的构建工作,具体需要从 Multisim 元件库中调用相应的元件,并妥善安放至对应的区域之中,并完成元件的布置。其中,需要用导线将相应的元件连接在一起,并在系统中将元件具体的模型和参数输入进去,virtual 元件是所有元件的类型。由于各个级别的欧采用了结构相同的通滤波电路,所以我们可以完成一个滤波电路的绘制工作,并在 Multisim 中复制粘贴已经绘制好的滤波电路,并根据实际要求修改其参数即可。
  
  为了能够真正完成仿真实验。在具体操作中,需要先完成工作区分析的工作,并将开环放大电路中衔接的反馈电阻的 Rf 确定为 60.72kΩ,后将虚拟示波器中分别统一接入输入和输出的信号,并开展仿真操作。左后,在其中输入50Hz 的信号频率,调节示波器,做好波形的观察记录工作。
  

  3 总结

  
  负反馈放大电路设计对于我国各类工业企业设备设计来说有着重要的意义,深入了解负反馈放大线路的工作原理以及常见为了是十分有必要的。所以在设计过程中,应该重点关注常见的设计问题,避免出现激振荡的出现,设计人员也需要明确负反馈放大电路的常见形式,明确这些形式的技术特点以及适用范围,保证设计过程中能够选用到合适的方案。另外,在设计的过程中,也需要重视元件型号的选择, 明确设计需求与元件之间的关系。电路布置过程中,也应该严格按照技术要求开展相应的设计,保证布局的合理性。在实际设计过程中,还需要对负反馈放大电路增益估算的误差进行深入分析,并才有有效的方法保证电路的稳定性,这些都能保证设计成果满足实际需求。随着技术的不断发展,负反馈放电电路的设计仿真方法也会不断改善和优化,所以我们在设计过程中也应该怀有不断学习的心态,积极运用先进的设计理念,提升设计成果的水平与质量,为我国工业技术发展创造有利条件。

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