控制系统定义为用于控制或调节其他系统输出的设备的集合。为了实现系统的稳定性和自动修正输出误差，我们采用了反馈技术。
反馈可能是负的，也可能是正的。开环控制系统没有反馈信号，因此又称“无反馈控制系统”。闭环控制系统通过一个反馈信号来实现稳定性，因此它们也被称为“反馈系统”。
根据反馈回路的性质，将闭环控制系统分为正反馈控制系统和负反馈控制系统两类。
在本教程中，我们将清楚地讨论负反馈系统及其类型、特点等。
大纲
负面反馈系统
负反馈系统定义为负反馈连接的闭环系统。当系统的输出增加超过期望的输出时，我们应该通过减少输入来控制输出，而不是增加。这可以通过使用负反馈控制来实现。
负反馈系统框图如下图所示。由于负反馈回路降低了输入信号的电平，因此也被称为“退化反馈”。
负反馈框图
下面是一个简单的负反馈回路框图。其中，X为系统G的输入信号，Y为系统G的输出信号，H为控制输入信号的负反馈回路，在输入信号处求和。
以负反馈控制系统为例
负反馈环路用于控制或减少系统的过剩输出，通过从输入中减去一定量的信号。电子放大器就是负反馈系统的一个例子。
负反馈放大器的设计方法是将输入信号连接到运放的反相引脚上，并将一定数量的输出信号通过电阻路径连接到输入端作为反馈回路。
如果Vin是运放通过电阻Rin的输入信号，Rf是反馈电阻，那么系统的输出通过反馈Rf ÷ Rin的增益比信号来控制。
当输入信号为正时，运放的输出变为负的，负反馈将运放正则化使其处于期望的输出状态。
类似地，如果我们将负输入连接到运放，那么它的输出变成正(反向输出)。当负反馈被提供给输入时，它将输入信号相加并保持期望的输出。
负反馈反馈控制系统是由输入和反馈回路逆变操作控制的，因此不存在自振现象。
所以这些系统被认为比正控制系统更稳定。负反馈系统对不同系统组件的波动和变化具有更强的免疫力。
传递函数
负反馈控制系统的工作和效率可以用它的传递函数来解释。“传递函数”被定义为输入和输出之间的相对函数。
在负反馈系统中，一个中间信号定义为Z，如下图所示。
系统的输出等于Y(s)
Y (s) = Z (s)G (s)
Z (s) = X (s) - Y (s)。H(年代)
X (s) = Z (s) + Y (s)。H(年代)
X (s) = Z (s) + Z (s)。G (s)。H(年代)
所以(Y (s)) / (X (s)) = (Z (s) .G (s)) / (Z (s) + Z (s) G (s) H (s))
(Y (s) / X (s)) = (G (s) /(1+ G(s).H(s))
所以负反馈环的传递函数等于(G (s))/(1+ G(s). h (s))
例子问题
求负反馈环路放大器在反馈电阻分别为1K和10K时的闭环增益和电路特性。
在给定的例子中，反馈回路有1K和10K并联的电阻。即。
R1 = 1 kΩ
R2 = 10 kΩ
现在反馈环路增益可以计算为
β = 1 / (1+ 2)
= 0.0909 = 1 / 11
系统的闭环增益可计算为
Ac = 1 /β
= 1 / 0.0909
= 11
闭环行为分析
我们已经知道闭环增益为11，假设开环增益为1000，通过将闭环增益与传递函数公式进行比较，得到
G(s) /(1+ G(s).H(s))
= A_o / (1 + A_cβ)。
= 1000/ (1 + 1000 * 11－1）
= 10.88。
所以闭环放大器的实际增益是10.88，但实际增益是11。
当负反馈应用到信号，一个开环增益将如何影响一个系统的闭环增益?
假设系统的开环增益是2000，然后求出闭环增益
= Ao / (1 + Ac。β)
= 5000 / (1 + 5000 * 11－1）
= 10.97。
这意味着，如果开环增益增加400%，闭环增益将变化0.8%。
这意味着系统的增益不依赖于温度和其他变量。它只依赖于反馈环路增益。
负反馈的分类
根据输入信号的放大过程和期望输出条件，将反馈回路分为4种不同的类型。他们是
- 串联-分流配置
- 分流-分流配置
- 系列-系列配置
- 分流-串联配置
串联-分流配置
这也被称为“电压控制电压源”或“电压输入和电压输出配置”。在这种串联电压反馈系统中，误差电压信号以并联或串联方式反馈给输入电压信号。串联-分流连接的框图如下所示。
在这种串联分流配置系统中，输入和输出都是电压信号。因此，它作为一个真正的电压放大器的转移增益
Av = Vout / Vin。
分流-串联配置
这也被称为“电流控制电流源”或“电流输入和电流输出配置”。在分流电流反馈系统中，误差电流信号以分流或并联方式反馈给输入电流信号。分流-分流连接的框图如下所示。
在该分流串联配置系统中，输入输出均为电流信号。因此，它作为一个真电流放大器的转移增益
Ai = Iout / Iin。
系列-系列配置
这也被称为“电压控制电流源”或“电压输入和电流输出配置”。在这种串联电流反馈系统中，误差电流信号以串联方式反馈给输入电流信号。
系列-系列配置的框图如下所示。
在该串联型配置系统中，输入信号为电压，输出信号为电流。因此它作为跨导体，传输增益为Av = Vout / Iin。
分流-分流配置
这也被称为“电流控制电压源”或“电流输入电压输出配置”。在串联电流反馈系统中，误差电流信号作为分流连接反馈给输入电流信号。分流-分流配置的框图如下所示。
在该系统中，输入信号为电流，输出信号为电压。所以它的作用是转换电阻，传递增益为
Av = Iout / Vin。
负反馈的影响
负反馈导致了系统行为和系统属性的一些变化。他们是
- 减少获得
- 减少获得灵敏度
- 减少非线性失真
- 扩展带宽
- 减少噪声影响
- 增强输入和输出阻抗
- 提高输入电阻
获得减少
我们知道闭环增益等于
闭环增益=(开环增益)/((1+开环增益*B))
Ac = Ao / (1 + Ao * B)其中B为反馈因子。
如果B > 0，则分母明显大于1，因此环路增益会因负反馈而减小。
减少线性失真
考虑有反馈(闭环系统)和无反馈(开环反馈)系统的电压特性，并假设开环系统的电压传递特性是线性的。
当开环系统的增益从1000变化到100，再从100变化到0时，绘制电压特性Vo/Vi并施加负反馈，B = 0.01。
对于1000到100的变化，闭环增益为1000 / (1000 + 1000*0.01)= 90.9
对于100到0的变化，闭环增益为100 / (100 + 100*0.01)= 50
这意味着，系统的闭环增益从90.7变化到50，然后从50变化到0。现在如果我们画出闭环增益，我们可以看到闭环增益的变化比开环增益的变化更大。
这意味着负反馈将减少线性失真。
增加带宽
如果我们考虑一个高频放大器的主导极' wh '，则通过计算系统的增益，我们得到
A = A0 / (1 + (s / Wh))。
应用负反馈后计算增益，Af = A / (1 + AB)，其中B为反馈因子。
一个f= a / (1 + ab)
= (Ao / (1 + s / (wh * (1 +Ao B))))))
由上式可以看出
一个的= (Ao / (1 + Ao B))
W高f = Wh * (1 + Ao B)––––-> (1)
从公式1中，我们看到当我们应用负反馈时，高频3 db点增加了(1 + Ao B)的一个因子。
利用相同的传递函数，分析，如果我们找到传递函数为低频点，那么
W低f = W低/ (1 + Ao B)
因此，带宽，也就是高低频点之间的差值，通过使用负反馈来增加。
