反馈系统分类及并联串联

在反馈系统中，正或负的全部或部分输出信号反馈到输入

反馈系统过程信号，因此是信号处理器。反馈系统的处理部分可以是电气或电子的，范围从非常简单到高度复杂的电路。

简单的模拟反馈控制电路可以使用单个或分立元件构建，例如晶体管，电阻器和电容器等，或者使用基于微处理器和集成电路（IC）形成更复杂的数字反馈系统。

正如我们所看到的，开环系统就是这样，开放式结束，没有试图补偿由于电路参数的变化引起的电路条件的变化或负载条件的变化，例如增益和稳定性，温度，电源电压变化和/或外部干扰。但是，通过引入反馈可以消除或至少显着降低这些“开环”变化的影响。

反馈系统是输出信号为采样然后反馈到输入以形成驱动系统的错误信号。在前面关于闭环系统的教程中，我们看到一般来说，反馈由一个子电路组成，该子电路允许来自系统的一小部分输出信号以产生响应的方式修改有效输入信号。这可能与没有这种反馈时产生的响应大不相同。

反馈系统非常有用，广泛用于放大器电路，振荡器，过程控制系统以及其他电子系统的类型。但是，为了使反馈成为一种有效的工具，必须对其进行控制，因为不受控制的系统会振荡或无法运行。反馈系统的基本模型如下：

反馈系统框图模型

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这种传感，控制和驱动的基本反馈回路是反馈控制系统背后的主要概念，有几个很好的理由可以解释为什么反馈应用于电子电路中：

可以精确控制电路特性，例如系统增益和响应。

电路特性可以独立于电源电压或温度变化等工作条件。

由于所用组件的非线性特性导致的信号失真可以大大减少。

频率响应，增益和带宽电路或系统可以很容易地控制在极限范围内。

虽然有许多不同类型的控制系统，但只有两种主要类型的反馈控制，即：负F eedback和正反馈。

正反馈系统

在“正反馈控制系统”中，添加了设定值和输出值控制器一起作为反馈与输入“同相”。正（或再生）反馈的效果是“增加”系统增益，即，应用正反馈的总增益将大于没有反馈的增益。例如，如果有人称赞你或给你积极的反馈意见，你会对自己感到高兴并且精力充沛，你会感到更积极。

但是，在电子和控制系统中要多得多赞美和积极反馈会增加系统增益太多，这会引起振荡电路响应，因为它会增加有效输入信号的幅度。

正反馈系统的一个例子可能是基于电子放大器的电子放大器。运算放大器，或运算放大器，如图所示。

正反馈系统

正面通过反馈电阻将 Vout 的一小部分输出电压信号反馈到同相（ + ）输入端，实现运算放大器的反馈控制， R F 。

如果输入电压 Vin 为正，则运算放大器放大此正信号，输出变为更正。一些输出电压通过反馈网络返回到输入端。

因此输入电压变得更加正，导致更大的输出电压等等。最终输出在其正电源轨上变得饱和。

同样，如果输入电压 Vin 为负，则反向发生，运算放大器在其负电源轨饱和。然后我们可以看到正反馈不允许电路作为放大器起作用，因为输出电压很快就会饱和到一个电源轨或另一个电源轨，因为正反馈回路“更多导致更多”和“更少导致更少”。

然后，如果任何系统的环路增益为正，则传递函数为： Av = G /（1-GH）。请注意，如果 GH = 1 系统增益 Av =无穷大，电路将开始自振荡，之后不需要输入信号来维持振荡，这很有用如果你想制作振荡器。

虽然通常被认为是不合需要的，但这种行为在电子设备中用于获得对条件或信号的非常快速的切换响应。使用正反馈的一个示例是滞后，其中逻辑设备或系统维持给定状态直到某个输入超过预设阈值。这种类型的行为称为“双稳态”，通常与逻辑门和数字开关器件（如多谐振荡器）相关联。

我们已经看到正向或再生反馈会增加增益和不稳定的可能性。一个可能导致自振荡的系统，因此，正反馈广泛用于振荡电路，如振荡器和时序电路。

否定反馈系统

在“负反馈控制系统”中，当反馈与原始输入“异相”时，设定点和输出值相互减去。负（或退化）反馈的效果是“减少”增益。例如，如果有人批评你或给你负面的反馈意见，你会对自己感到不快，因此缺乏精力，你感觉不那么积极。

因为负面反馈会产生稳定的电路反应，提高稳定性并增加在给定系统的工作带宽中，大多数控制和反馈系统都是退化的，降低了增益的影响。

负反馈系统的一个例子是基于运算放大器的电子放大器，如图所示。

负反馈系统

放大器的负反馈控制是通过应用输出电压信号的一小部分 Vout 通过反馈电阻 Rf 返回反相（ - ）输入端。

如果输入电压 Vin 为正，则运算放大器放大此正信号，但因为它连接到放大器的反相输入端，并且输出变得更负面。一些输出电压通过 Rf 的反馈网络返回到输入端。

因此输入电压被负反馈信号降低，导致输出电压更小等等。最终输出将稳定下来并稳定在由 Rf÷Rin 的增益比确定的值。

同样，如果输入电压 Vin 为负，反向发生，运算放大器输出变为正（反相），这增加了负输入信号。然后我们可以看到负反馈允许电路用作放大器，只要输出在饱和极限内。

因此我们可以看到输出电压稳定并受反馈控制，因为负反馈回路“更多导致更少”和“更少导致更多”。

然后如果环路增益对于任何系统，传递函数都是正的： Av = G /（1 + GH）。

在放大器中使用负反馈过程控制系统很普遍，因为通常负反馈系统比正反馈系统更稳定，如果负反馈系统在任何频率下都不会自动振荡，除了给定的电路条件外，它被认为是稳定的。

另一个优点是负反馈还使控制系统对组件值和输入的随机变化更具免疫力。当然没有什么是免费的，所以必须谨慎使用，因为负反馈会显着改变给定系统的运行特性。

反馈系统的分类

到目前为止，我们已经看到了输出信号“反馈”到输入端子的方式，对于反馈系统，这可以是正反馈或负反馈。但是测量输出信号并将其引入输入电路的方式可能非常不同，导致反馈的四种基本分类。

根据放大的输入量和所需的输出条件，输入和输出变量可以建模为电压或电流。因此，单回路反馈系统有四种基本分类，其中输出信号反馈到输入端，它们是：

系列 - 分流配置- 电压输入和电压输出或压控电压源（VCVS）。

并联配置- 电流输入和输入电压输出或电流控制电压源（CCVS）。

串联配置- 电压输入和电流输出或压控电流源（VCCS）。

分流系列配置- 电流输入和电流输出或电流控制电流源（CCCS）。

这些名称来自反馈网络在输入和输出级之间连接的方式，如图所示。

系列 - 并联反馈系统

串联 - 并联反馈，也称为串联电压反馈，用作电压控制反馈系统。从反馈网络反馈的误差电压与输入的系列相同。从输出反馈的电压与输出电压成比例， Vo ，因为它是并联或并联连接。

串联 - 并联反馈系统

对于串联分流连接，配置定义为输出电压，Vout定义为输入电压Vin。大多数反相和非反相运算放大器电路以串联分流反馈工作，产生所谓的“电压放大器”。作为电压放大器的理想输入电阻， Rin 非常大，理想的输出电阻 Rout 非常小。

然后是“系列” - 反馈配置“作为真正的电压放大器工作，因为输入信号是电压，输出信号是电压，因此传输增益如下： Av = Vout÷Vin 。请注意，此数量是无量纲的，因为其单位为伏/伏。

分流系列反馈系统

分流系列反馈，也称为分流电流反馈，用作电流 - 电流控制反馈系统。反馈信号与负载中流动的输出电流 Io 成比例。反馈信号与输入并联或分流反馈，如图所示。

分流系列反馈系统

对于并联串联连接，配置定义为输出电流，Iout定义为输入电流Iin。在并联 - 串联反馈配置中，反馈的信号与输入信号并联，因此是电流，而不是增加的电压。

这种并联分流反馈连接通常不会影响系统的电压增益，因为对于电压输出，需要输入电压。此外，输出端的串联连接增加了输出电阻 Rout ，而输入端的分流连接降低了输入电阻 Rin 。

然后“并联 - 串联反馈配置”用作真正的电流放大器，因为输入信号是电流而输出信号是电流，因此传输增益如下： Ai = Iout÷Iin 。请注意，此数量是无量纲的，因为其单位为安培/安培。

系列 - 串联反馈系统

系列 - 系列反馈系统，也称为串联电流反馈，用作电压 - 电流控制反馈系统。在串联电流配置中，反馈误差信号与输入串联，并与负载电流 Iout 成比例。实际上，这种类型的反馈将电流信号转换为实际反馈的电压，这是从输入中减去的电压。

串联 - 反馈系统

对于串联系列连接，配置定义为输出电流，Iout定义为输入电压Vin。由于串联连接的输出电流 Iout 作为电压反馈，因此会增加系统的输入和输出阻抗。因此，该电路作为跨导放大器效果最佳，具有理想的输入电阻， Rin 非常大，理想的输出电阻 Rout 也非常大。

然后“串联反馈配置”用作跨导型放大器系统，因为输入信号是电压而输出信号是电流。然后对于串联反馈电路，传输增益如下： Gm = Iout÷Vin 。

并联反馈系统

并联反馈系统，也称为分流电压反馈，用作电流 - 电压控制反馈系统。在并联 - 分流反馈配置中，反馈的信号与输入信号并联。检测输出电压，并从分流器中的输入电流中减去电流，并将电流减去电流，而不是减去的电压。

分流 - 分流反馈系统

对于并联 - 并联连接，配置定义为输出电压，Vout定义为输入电流Iin。当输出电压作为电流反馈到电流驱动输入端口时，输入和输出端子的分流连接会降低输入和输出阻抗。因此，该系统作为具有理想输入电阻的跨阻系统效果最佳， Rin 非常小，理想的输出电阻 Rout 也非常小。

然后，分流电压配置用作跨阻型电压放大器，因为输入信号是电流，输出信号是电压，因此传输增益如下： Rm = Vout÷Iin 。

反馈系统摘要

我们已经看到反馈系统是对输出信号进行采样然后反馈到输入以形成驱动系统的误差信号，根据所用反馈的类型，与系统输入信号混合的反馈信号可以是电压或电流。

反馈总会改变性能系统和反馈装置可以是正（再生）或负（退化）型反馈系统。如果系统周围的反馈回路产生负增益的环路增益，则反馈被认为是负的或退化的，负反馈的主要影响是降低系统增益。

但是环路周围的增益是正的，据说系统具有正反馈或再生反馈。正反馈的作用是增加增益，这可能导致系统变得不稳定并且振荡，特别是如果 GH = -1 。

我们也看到了方框图可以用于演示各种类型的反馈系统。在上面的框图中，输入和输出变量可以建模为电压或电流，因此有四种输入和输出组合，代表可能的反馈类型，即：串联电压反馈，分流电压反馈，串联电流反馈和并联电流反馈。

这些不同类型的反馈系统的名称来源于反馈网络在输入和输出级之间并联（分流）或串联连接的方式。

在下一个教程中关于反馈系统，我们将研究负反馈对系统的影响，并了解它如何用于提高控制系统的稳定性。