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反饋電路范文第1篇

（1.63888部隊，河南濟源459000；2.西安建筑科技大學，陜西西安710055）

摘要：實際放大電路中，常常采用反饋來展寬帶寬，穩定工作點，減小非線性失真，提高或降低輸入阻抗等。但是，采用了反饋會使放大器系統的噪聲系數變壞，如果設計合理，能使變壞的程度減小到忽略不計?，F重點研究電壓并聯負反饋電路、電流串聯負反饋電路、電流并聯負反饋電路的噪聲特性。針對各個反饋電路，先推導電路總增益Kv，接著計算各噪聲源對輸出噪聲的貢獻，得到總輸出噪聲E2no，然后轉化成等效輸入噪聲E2ni，最后根據等效噪聲模型求得最佳源電阻Ro和最佳噪聲系數Fo。通過對推導出的公式進行分析可得，對于典型反饋電路，當滿足一定條件時，最佳源電阻、最佳噪聲系數和沒有反饋的情況相同，即反饋對噪聲的影響可忽略不計。

關鍵詞 ：反饋電路；噪聲特性；最佳源電阻；最佳噪聲系數

0引言

在弱光檢測中，光信號經過光電探測器轉換為電信號，由于背景和探測器本身產生的噪聲，使得信號的信噪比比較低，所以需要對信號進行放大處理［1?3］。對信號進行放大處理，并不是單純地提高放大器的增益。因為放大器由有源器件和無源器件組成，它們是新的噪聲源，放大器不但把輸入信號和噪聲放大，同時還會引進放大器本身產生的噪聲，使輸出信噪比降低，甚至可能達到噪聲把所有有用信號淹沒的惡劣程度，以致無法檢測有用信號［4］。低噪聲放大器的設計是要將放大器引進的噪聲降低到最小程度，同時又要滿足放大器的一系列指標，如增益、帶寬、輸入阻抗和輸出阻抗等。所以低噪聲放大器的設計是整個檢測系統設計中的一個關鍵環節。

本文利用課堂上劉老師對電壓串聯負反饋電路的噪聲特性的分析方法，推導了電壓并聯負反饋電路、電流串聯負反饋電路、電流并聯負反饋電路的噪聲特性。首先推導電路總增益Kv，接著計算各噪聲源對輸出噪聲的貢獻，得到總輸出噪聲E2no，然后轉化成等效輸入噪聲E2ni，最后根據等效噪聲模型求得最佳源電阻Ro和最佳噪聲系數Fo。通過對各個反饋電路的噪聲特性分析，得到反饋對噪聲的影響可忽略不計所需要滿足的條件，為低噪聲放大器的設計提供了一定的參考依據。

4結論

本文利用課堂上劉老師對電壓串聯負反饋電路的噪聲特性的分析方法，推導了電壓并聯負反饋電路、電流串聯負反饋電路、電流并聯負反饋電路的噪聲特性，得到了相應結論。對于電壓并聯負反饋電路，當滿足RF?Rs的低噪聲條件時，負反饋對噪聲的影響可以忽略；對于電流串聯負反饋電路，當滿足Re?Rs的低噪聲條件時，負反饋對噪聲的影響可以忽略；對于電流并聯負反饋電路，當滿足ReF?Rs時，最佳源電阻、最佳噪聲系數和沒有負反饋的情況相同，即負反饋對噪聲的影響可以忽略。

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參考文獻］

［1］胡士凌，孔得人.光電電子線路［M］.北京：北京理工大學出版社，1996.

［2］魏立安，秦石喬，王省書.基于運算放大器的光電探測電路噪聲分析［J］.電子測量與儀器學報，2002（增刊）：1530?1533.

［3］王遠.模擬電子技術［M］.5版.北京：機械工業出版社，1994.

［4］周求湛，胡封曄，張利平.弱信號檢測與估計［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2007.

反饋電路范文第2篇

【關鍵詞】負反饋；正反饋；穩定性；自激

1.前言

反饋是電子電路中不可缺少的重要組成部分，有人為引入的，也有電路本身具有的，反饋對電路的影響有的可忽略不計，有的卻需高度重視。對有關反饋的知識掌握的好就可以充分利用反饋改善電路的性能，實現電路所不能實現的功能。同時對于一些影響電路性能的反饋，也能采取相應的手段來消除，更好地保障電路的正常運行。

2.反饋的基本概念

2.1 什么是反饋

所謂反饋，就是將放大電路的輸出量（電壓或電流）的一部分或全部，通過某種電路（稱為反饋網絡）送回到輸入回路，與外部所加輸入信號共同形成放大電路的輸入信號（電壓或電流），以影響輸出量（電壓或電流）的過程。反饋體現了輸出信號對輸入信號的反作用。

2.2 反饋的分類

2.2.1 正反饋和負反饋

根據反饋極性的不同，可以把反饋分為正反饋和負反饋。如果引入的反饋信號增強外加輸入信號的作用，使凈輸入信號增加，從而使放大電路的放大倍數得到提高，這樣的反饋稱為正反饋；相反，如果反饋信號削弱外加輸入信號的作用，使凈輸入信號減弱，使放大電路的放大倍數降低，則稱為負反饋。

為了判斷引入的是正反饋還是負反饋，可以采用瞬時極性法。即先假定輸入信號為某一個瞬時極性，然后逐級推出電路其他有關各點瞬時信號的變化情況，最后判斷反饋到輸入端信號的瞬時極性是增強還是削弱了原來的輸入信號。

例如在圖1（a）中，假設加上一個瞬時極性為的正的輸入電壓（在電路中用符號+、-分別表示瞬時極性的正或負，代表該點瞬時信號的變化為增大或減?。Ｒ蜉斎腚妷杭釉诩蛇\放的反相輸入端，故輸出電壓的瞬時極性為負，而反饋電壓由輸出電壓經電阻R2、R3分壓后得到，因此反饋電壓的瞬時極性也是負，但集成運放的差模輸入電壓等于輸入電壓與反饋電壓之差，可見反饋電壓增強了輸入電壓的作用，使放大倍數提高，因此是正反饋。在圖1（b）中，輸入電壓加在集成運放的同相輸入端，當其瞬時極性為正時，輸出電壓的瞬時極性也為正，輸出端通過電阻R3、R4分壓后將反饋電壓引回到集成運放的反相輸入端，此反饋信號將削弱外加輸入信號的作用，使放大倍數降低，所以是負反饋。

2.2.2 直流反饋和交流反饋

根據反饋信號本身的交、直流性質，可以分為直流反饋和交流反饋。如果反饋信號中只有直流成分，則稱為直流反饋；若反饋信號中只有交流成分，則稱為交流反饋。在很多情況下，交、直流兩種反饋兼而有之。

在圖2（a）中，設VT2發射極的旁路電容Ce足夠大，可認為電容兩端的交流信號基本為零，則從VT2的發射極通過RF引回到VT1基極的反饋信號中將只有直流成分，因此電路中引入的是直流反饋。在圖2（b）中，從輸出通過CF和RF將反饋引回到VT1的發射極，由于電容的隔直作用，反饋信號中將只有交流成分，所以這個反饋是交流反饋。

2.2.3 電壓反饋和電流反饋

根據反饋信號在放大電路輸出端采樣方式的不同，可以分為電壓反饋和電流反饋。如果反饋信號取自輸出電壓，稱為電壓反饋；如果反饋信號取自輸出電流，則稱為電流反饋。在圖2（b）中，反饋信號與輸出電壓成正比，屬于電壓反饋。而在圖2（a）中，如果不加旁路電容Ce，則反饋信號與輸出回路的電流成正比，因此是電流反饋。

放大電路中引入電壓負反饋，將使輸出電壓保持穩定，其效果是降低了電路的輸出電阻；而電流負反饋將使輸出電流保持穩定，因而提高了輸出電阻。

為了判斷放大電路中引入的反饋是電壓反饋還是電流反饋，一般可假設將輸出端交流短路（即令輸出電壓等于零），觀察此時是否仍有反饋信號。如果反饋信號不復存在，則為電壓反饋，否則就是電流反饋。

2.2.4 串聯反饋和并聯反饋

根據反饋網絡與放大電路輸入回路連接方式的不同，可以分為串聯反饋和關聯反饋。

如果反饋信號與輸入信號在輸入回路中以電壓形式求和（即反饋信號與輸入信號串聯），稱之為串聯反饋；如果二者以電流形式求和（即反饋信號與輸入信號并聯），則稱為并聯反饋。

在圖2（b）中，三極管VT1基極和發射極之間的凈輸入電壓等于外加輸入電壓與反饋電壓之差，即uBE=uI-uF，說明反饋信號與輸入信號以電壓形式求和，因此屬于串聯反饋。而圖2（a）中，假設去掉旁路電容Ce，三極管VT1的基極電流等于輸入電流與反饋電流之差，即iB=iI-iF，也就是說，反饋信號與輸入信號以電流形式求和，所以是并聯反饋。

以上提出了幾種常見的反饋分類方法。除此之外，反饋還可以按其他方面來分類。例如，在多級放大電路中，可以分為局部反饋和級間反饋；又如在差動放大電路中，可以分為差模式反饋和共模反饋等等。

3.反饋在電路中的應用

3.1 負反饋在電路中的應用

3.1.1 負反饋能減小非線性失真。在開環放大器中，由于開環增益很大，會使放大器工作在非線性區，輸出波形出現雙向失真波形。電路加上了負反饋后，電路增益減小，放大器工作在線性區，輸出波形不再失真。

3.1.2 負反饋能提高增益的穩定性。

3.1.3 負反饋能擴展通頻帶。

3.1.4 負反饋對輸入電阻有影響，引入串聯負反饋后，輸入電阻是無反饋時輸入電阻的（1+AF）。引入并聯負反饋后，輸入電阻是無反饋時輸入電阻的1/（1+AF）。

3.1.5 負反饋對輸出電阻有影響，電壓負反饋使輸出電阻減小，電流負反饋使輸出電阻增大。

3.2 正反饋在電路中的應用

3.2.1 在振蕩電路中，在振蕩建立的初期，必須使反饋信號大于原輸入信號，反饋信號一次比一次大，才能使振蕩幅度逐漸增大，所以必須引入正反饋。

3.2.2 自舉電路實質是在放大器的局部引入正反饋。加入自舉電路后，由于電容容量很大，它的放電回路時間常數很大，使電容上的電壓基本不變。在正反饋作用下提升電路中某點的電壓，使信號電壓在需要處更高，有更大的基極信號電流激勵發射極輸出信號電流更大，補償集電極與發射極之間直流工作電壓下降而造成的輸出信號電流不足。

3.2.3 在電壓-電流轉換電路中，有時也引入正反饋。當負載電阻R減小時，因電路內阻的存在輸出電流將增大，但是由于電路存在正反饋，導致輸出電壓下降，輸出電流又將隨之減小。這樣由負載電阻R減小引起的輸出電流增大約等于因正反饋作用引起的輸出電流的減小，即正好抵消。

4.電路中無用反饋的消除

在放大電路中，有時正反饋會引起電路的自激振蕩，從而使一些干擾信號被放大，甚至有用信號被淹沒，這樣就要采取措施消除電路中的正反饋。從自激振蕩的產生條件看，要破壞形成正反饋的相位條件就可以。

4.1 電路中接入電容

接入的電容相當于并聯在前一級的負載上，在中、低頻時，由于容抗很大，所以這個電容基本不起作用。高頻時，由于容抗減小，使前一級的放大倍數降低，從而破壞自激振蕩的條件，使電路穩定工作。這種校正方法實質上是將放大電路的主極點頻率降低，從而破壞自激振蕩的條件，所以也稱為主極點校正。

4.2 利用RC校正網絡代替電容校正網絡，將使通頻帶變窄的程度有所改善

在高頻時，電容的容抗將降低，但因有一個電阻與電容串聯，所以RC網絡并聯在電路中，對高頻電壓放大倍數的影響相對小一些，因此，如果采用RC校正網絡，在消除自激振蕩的同時，高頻響應的損失不如僅用電容校正時嚴重。校正網絡應加在時間常數最大，即極點頻率最低的放大級。通?？山釉谇凹壿敵鲭娮韬秃蠹壿斎腚娮瓒急容^高的地方。校正網絡中R、C元件的數值，一般應根據實際情況，通過實驗調試最后確定。

5.結束語

反饋是電子電路的重要組成部分，正、負反饋的作用也是有利有弊，充分地掌握它們的特點、了解它們的作用，對我們設計電路、分析電路都會有很大的益處，是學好電路知識的前提。

參考文獻

[1]少占魚.放大電路中的人反饋[J/OL].網上期刊，2009.

[2]何耀明.負反饋放大電路的反饋深度最佳值[J].青島大學學報，1997.

[3]童詩白.模擬電子技術第四版中電路中的反饋[M].專著，2010.

反饋電路范文第3篇

PID控制是隔振系統中常用的控制方法，本文主要介紹了一種基于PID控制的隔振系統反饋電路，其主要采用的是PI電路，推導出系統的傳遞函數，進而分析出系統阻尼、周期和電阻、電容之間的關系，通過對系統電阻、電容的參數進行合適的設置，可以得到所期望的系統阻尼、周期及傳遞函數。

【關鍵詞】PID控制 隔振 反饋放大

PID控制是一種負反饋控制，是一種比較精確的反饋控制，其具有以下優點：原理簡單、使用方便；m應性強，可廣泛應用于各種場合；魯棒性強，其控制品質對被控對象特性的變化不太敏感。因此，PID控制是隔振系統中常用的控制方法。

1 PID控制原理

PID控制電路主要由比例電路（P）、積分電路（I）以及微分電路（D）構成：

1.1 比例環節（P）

比例電路可以成比例的反映控制系統的偏差信號，系統偏差一旦產生，調節器立即產生與其成比例的控制作用，以減小偏差，比例控制反映快，但對于某些系統，可能存在穩態誤差，增大比例系數，系統的穩態誤差減小，但穩定性可能變差。

1.2 積分環節（I）

用于消除穩態誤差，提高系統的無差度，積分作用的強弱取決于積分常數，積分常數越大，積分速度越慢，積分作用越弱，反之則越強，積分環節可以使系統的頻帶變窄。

1.3 微分環節（D）

微分環節反應偏差信號的變化速率，具有預見性，能預見信號的變化趨勢，并能在偏差信號的值變得太大之前，在系統中引入一個有效的早期的修正信號，從而加快系統的響應速率，減小調節時間。

2 反饋放大電路

本系統中主要采用PI電路，PI電路中比例電路主要影響響應速率，比例參數越大，響應速度越快，但是當比例參數太大時，會引起比較大的超調和振蕩，使得整個系統不穩定。積分參數主要影響靜態精度，消除靜差，當系統處于穩定狀態時，積分參數越大，積分速度越慢，在偏差較大時，PI控制主要以提高系統動態響應速度為主。

反饋放大電路圖如圖1所示，利用三個運算放大器狀態變量來實現伺服放大，運算放大器采用OP27。OP27是一款高精度、低溫漂運算放大器，其失調電壓小且不隨溫度的變化而變化，常用在精密儀器、弱信號檢測等自動控制系統中。第一級和第二級電路為積分電路（I），第三級電路為比例電路（P），共同組成了比例積分（PI）電路。

圖1中電路的獨特特性在于跟隨在第一級放大電路后的節點是反相帶通濾波器，而后一個節點是反相低通濾波器，兩個節點的傳遞函數分別為：

由式（7）和（8）可以看出，通過對電阻R和電容C的參數進行合適的設置，可以得到所期望的阻尼、周期以及系統的傳遞函數，但積分電路（I）中積分系數不宜過大，否則會破壞系統的穩定性，系統的收斂特性將受到影響，甚至趨于發散；比例電路（P）則會改變系統的阻尼系數，系統的振蕩周期會相應減小。

3 結語

利用PID控制可以提高系統的穩定性，反饋電路中的積分電路（I），可維持系統的穩定，但積分系數不宜過強，否則將會影響系統的收斂特性；比例電路（P），會減小系統的振蕩周期。對系統進行比例、積分控制，并設置合適的參數，可以得到所期望的阻尼、周期及傳遞函數。

參考文獻

[1]蔡璇，閆加勝，梅潔穎.一種應用于溫度控制系統的PID控制電路設計[J].電子世界，2014，30（16）：121.

反饋電路范文第4篇

一、企業電子文件管理建立反饋機制的必要性

反饋機制實際上建立了一種溝通機制，使企業各部門員工能夠了解管理層設定的電子文件管理目標，并有機會表達對這種目標設定的認可或質疑。同時，管理層能夠通過多方途徑，獲取企業各部門員工在具體業務操作過程中，對電子文件管理策略的落實程度，并以此為依據，不斷對企業電子文件管理進行改進和升級。具體如下：

（一）反饋機制通過幫助企業電子文件管理實現質量控制與自我調節，來解決決策層與執行層之間的供需不平衡問題

傳統的企業電子文件管理往往由管理層作出決定后，各部門負責電子文件管理的專門人員或相關人員，完全按照管理層決定的電子文件管理制度、規范、流程等，執行電子文件管理系統中的某些操作。在這種單向工作流中執行層是否能夠按照企業級電子文件管理戰略路線執行好決策，是缺少足夠的評估依據的。設置反饋機制后，企業電子文件管理流則不再是單向的，而是形成決策層與執行層之間“上傳”與“下達”的雙向甚至多向溝通機制。企業電子文件管理的過程因此處于監控之下，反饋信息能夠直接反映這些過程中各方管理行為是否妥當，上傳至管理層后，便會形成對企業電子文件管理的實時反思與不斷調整。

（二）反饋機制通過強化企業電子文件管理過程中的協同合作，來解決協作部門之間的供需不平衡問題

傳統的企業電子文件管理中，固化的制度、規范、流程以及相對穩定的電子文件管理系統，往往導致部門之間、員工之間以及人與系統之間缺少必要的溝通。反饋機制的設立著重關注業務部門對于電子文件管理的認知或建議，增強除文檔管理部門之外，其他協同部門的參與程度。形成多方參與、共同協商、企業各層級普遍具有共同認知的一種電子文件管理狀態。

（三）完善的企業電子文件反饋機制作為企業內控機制的一部分，來解決系統與用戶之間的供需不平衡問題

電子文件管理系統的設計與維護都需要從管理者的管理需求出發。在設計階段，如果管理者不能明確完整地提出系統功能需求，系統日后就很難支持企業電子文件管理過程。在應用階段，如果系統維護方不能夠及時了解系統用戶體驗，就無法及時優化和調整系統功能與操作流程。而完善的企業電子文件反饋機制是關于電子文件管理持續性的、周期性的自省與改革。反饋機制的設計體現了新的管理理念下，企業電子文件對參與、協同、自我管理的重視，也體現了企業電子文件管理者積極尋求與業務活動相結合、不斷提升用戶體驗效果、建立更具認可度和共識性的企業電子文件管理制度所作出的重要努力。

二、企業電子文件建立反饋機制的具體內容

在反饋過程中，反饋信息的獲取非常關鍵，上一步管理行為的結果會成為下一步管理行為的原因，而不斷形成“原因――效果――原因”的良性循環。換句話說，“反饋信息如何傳遞”（反饋流程）、“誰傳遞反饋信息”（反饋主體）以及“反饋信息傳遞了什么”（反饋信息）是反饋機制必須明確的三個核心問題。

（一）反饋流程

企業電子文件反饋機制應該是一個覆蓋電子文件管理全流程的廣泛機制，是管理主體通過反饋信息流實現管理功能的一個完整的管理優化過程。在該機制中，企業內參與電子文件管理的部門和員工將他們參與電子文件管理的制度、規范、流程、系統等建議匯報給管理者，形成“反饋”；管理者根據接收到的反饋信息，評估已有的管理方法、程序和工具，作出相應的“反饋遵從”；管理目標和內容在進行調整后，新的電子文件管理策略、方法和系統又會引發“關于反饋的反饋”，即“再反饋”。企業電子文件管理的反饋流程，貫穿企業電子文件戰略制定、業務實施與系統操作的各個階段。在這一過程中，電子文件管理的決策制定者和執行者都可能成為反饋主體，任何關于電子文件管理決策執行的認可、改進、懷疑、否定都可能成為反饋信息，而不同反饋主體又會根據反饋信息的不同作出再反饋。如圖1所示。

（二）反饋主體

參與電子文件管理反饋機制的主體至少包含三大類：電子文件管理者（管理層）、系統開發者（技術層）、企業各業務部門員工（操作層）。三大主體的關系如圖2所示。

1.電子文件管理者作為管理層，擔負著掌控企業電子文件管理水平與發展的重任，其所制定的電子文件管理總體目標，引導著企業電子文件管理的總體走向。從企業電子文件宏觀發展來看，管理者控制著反饋信息的使用與結果，即只有在作出管理者及時根據反饋信息對電子文件管理作出優化調整時，反饋機制才能發揮積極作用。

2.系統開發者作為策略規劃的設計實現者，需要將管理者設定的目標和制度，落實在復雜但有序的電子文件管理系統中，并通過系統數據庫及時獲取并管理用戶在系統中的操作行為，節省管理者的管理成本，形成系統自動管理與反饋。沒有系統開發者，管理者設定的目標將無法落實，用戶反饋的信息將無序無用，反饋結果對管理升級并無意義。

3.企業各部門員工作為實際業務的執行者，必須遵循管理者制定的電子文件管理制度，使用系統開發者設計的電子文件管理系統，以參與完成與本業務相關的電子文件管理流程，實際上是以用戶的身份使用管理成果。各部門員工的“用戶體驗”對于管理者和系統開發者判斷管理目標與管理成效是否匹配至關重要。

需要注意的是，反饋機制中三大主體之間的關系不是單向的，反饋與再反饋總是循環發生。例如，管理者會通過系統為各部門員工提供系統操作行為的反饋信息，幫助他們判斷自己的管理行為是否符合管理層提出的目標和要求。而各部門員工又可以通過系統向管理者提出自己的質疑或建議，幫助管理層調整管理策略等。

（三）反饋信息

不同反饋方提供的反饋信息與作用是不同的。當電子文件管理系統作為反饋方時，反饋信息主要用于幫助用戶判斷自身操作行為是否正確并進行有效修正；當電子文件管理系統的用戶作為反饋方時，反饋信息主要用于幫助電子文件管理者判斷管理成效并作出更新優化。按照反饋結果，反饋分為正面反饋和負面反饋。正面反饋是指企業用戶對電子文件管理流程或系統的肯定，也可指電子文件管理者或系統自動對企業用戶操作行為的肯定；負面反饋則是指企業用戶參與電子文件管理流程或使用系統時對其產生的不滿或質疑，也可指電子文件管理者或系統在用戶使用不當時，對其發出的警示。一般來說，越完善的電子文件管理流程或系統所產生或接收的負面反饋信息就越少，但是也要注意：負面反饋信息越詳細越有利于用戶行為的修正和電子文件管理的優化改進。

三、企業電子文件管理中建立反饋機制的實踐路徑

反饋機制的實現需要電子文件管理部門、業務部門和技術部門等多方協同，在企業電子文件的生成、管理、利用等多個環節中完成相應的反饋活動。

（一）企業電子文件的生成

業務部門根據自身業務需要，同時遵從企業制定的電子文件管理制度和規范，在本部門業務系統中生成電子文件，并在業務流程中流轉。在這一階段，文檔管理部門會對業務部門提出相應的電子文件格式與內容要求等，各業務部門則成為主要的反饋主體，對文檔管理部門的“前端控制”進行反饋：一是業務部門有必要積極向管理者提出需求，說明本部門在業務過程中需要生成何種電子文件、需要何種技術支持管理以及需要的人員與財務成本等。二是業務部門要積極填寫由企業文檔管理部門下發的、用于調查業務部門電子文件管理情況的調查問卷，或積極參加由文檔部門組織的座談會，及時反映本部門遵循現有電子文件制度、規范和標準的情況，生成業務類電子文件的類型與格式現狀等。

（二）企業電子文件的管理

企業電子文件在歸檔前，作為業務活動憑證，仍需要在業務系統中進行管理，以隨時支持部門員工的電子文件利用需求。在這一階段，各部門員工成為主要的反饋主體。

1.績效評估。企業電子文件管理負責人可對員工參與電子文件管理的總體工作成效、各環節操作細節等進行評估，從而幫助員工判斷自身在電子文件管理方面的能力與表現。評估結果在合格以上即為正面反饋，在合格以下即為負面反饋。

2.專業培訓。根據績效評估結果，那些對電子文件管理參與度不高、參與水平有限或操作行為不當的員工，需要接受專業的培訓指導，以強化他們對電子文件管理的認知，使員工認識到在完成業務目標的同時，也要完成相應的電子文件管理任務。

（三）企業電子文件的利用

企業電子文件歸檔保存后，作為企業的信息資產，可以分級、分類面向企業用戶開放使用。企業電子文件的利用一般需要系統操作，此時系統及其用戶會對彼此的行為作出反饋，推動電子文件利用過程中系統與用戶的相互適應。

反饋電路范文第5篇

關鍵詞：自旋閥；巨磁阻；電流傳感器；霍爾；智能

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）05-00-04

0 引 言

電流傳感器[1]在電力電子應用方面主要起測量、保護和監控的作用，根據其測量原理分為直接式和間接式兩類。直接式測量根據電流通過電阻時在電阻兩端產生的壓降來確定被測電流的大小，如分流器就采用這種原理來測量直流。分流器的主要優點是結構簡單、不受外磁場干擾、性能穩定可靠，但缺點是需要接入電路中，且由于分流的材料一般是合金，因此在測量大電流時會產生大量熱量；間接式測量則通過測量被測電流產生的磁場，間接測量被測電流的大小。屬于間接式測量的主要有電流互感器[2]、羅氏線圈電流傳感器[3]、霍爾電流傳器[4]、光纖電流傳感器[5，6]、巨磁阻電流傳感器等[7]。羅氏線圈通過測量磁通勢砣范ū徊獾緦韉拇笮。由于線圈不含磁性材料，沒有磁滯效應和磁飽和現象，但存在靈敏度低、頻帶較窄等問題[8]?；魻栯娏鱾鞲衅髦饕鶕d流半導體在磁場中產生的霍爾電勢間接測量，但溫度對其影響較大，導致精度較低。光纖電流傳感器通過測量偏振光在磁場中偏轉的角度來檢測電流大小，因采用光纖作為傳感介質，故在絕緣性、抗電磁干擾、可靠性等方面優勢明顯，但易受振動干擾[9]。間接式測量相比直接式測量具有精度更高、線性度更好的特點，是目前電流傳感器研究的主要方向。

物聯網的興起，表明智能傳感器是當今傳感器技術發展的主要方向，傳統的電流傳感器已無法完全滿足市場的需要。在電流檢測方面，巨磁阻傳感器[10]與其他類型的傳感器相比，具有能夠測量直流高頻（MHz量級）電流信號、測量范圍寬、靈敏度高和體積小等優點，尤其是巨磁阻傳感器能夠測量直流電流，對于直流輸電系統中直流的檢測極為有利[11，12]。本文基于巨磁阻傳感器靈敏度高、溫漂小和ZigBee在組網、無線傳輸等方面的優勢提出了一種智能直流電流傳感器設計方案，彌補了傳統電流傳感器在靈敏度、溫度穩定性、遠程監測等方面的不足。

1 智能電流傳感器設計框架

智能電流傳感器分為巨磁阻電流傳感器和ZigBee智能傳輸模塊，其工作原理圖如圖1所示。巨磁阻電流傳感器負責將被測電流轉換為電壓信號，其反饋電阻與智能無線傳輸模塊的監測節點相連；監測節點主要采集巨磁阻電流傳感器的反饋電阻兩端電壓，將模擬電壓信號轉化為數字信號，待轉化完成后，通過無線傳輸的方式發送給協調器；協調器與計算機通過串口連接，將收到的信息轉發給計算機，并在計算機上顯示出來。整個系統實現了電流的非接觸測量和遠程監控功能。

2 智能電流傳感器電路設計

智能無線傳輸模塊采用的ZigBee芯片是CC2530[13，14]，其電路主要由晶振電路、電源電路、RF電路等構成，電路結構較為常見。巨磁阻電流傳感器分為如下四部分：

（1）巨磁阻傳感器及磁芯將傳感器感應的磁場轉換為電壓信號；

（2）放大電路將微弱的傳感器輸出電壓信號進行放大；

（3）功率放大電路將放大后的電壓信號進一步放大并提供反饋電流；

（4）反饋電路利用磁平衡原理，被測電流產生的磁場通過反饋電流進行補償，使磁芯始終處于零磁通工作狀態。巨磁阻電流傳感器結構圖如圖2所示。

圖2 巨磁阻電流傳感器結構圖

電流傳感器的工作電壓為±12 V，由穩壓電源提供。VA100F3[15，16]是一款自旋閥材料的巨磁阻芯片，將VA100F3放在開有氣隙的磁環的氣隙里，并用膠水加以固定（巨磁阻傳感器與磁環的相對位置不能改變，否則會影響傳感器輸出電壓的大?。?。巨磁阻傳感器的差分輸出信號接到儀表放大器AD620的差分輸入引腳。放大器的增益可以通過1腳和8腳之間的電位器進行控制。儀表放大器的輸出信號接至功率放大器LM3886TF，功率放大器的輸出接反饋線圈，該反饋線圈繞在磁環上，在反饋線圈的末端接一個10 Ω的反饋電阻并接地，通過測量反饋電阻兩端的電壓，計算反饋線圈中的電流，進而推算出穿過磁環的被測電流的大小。電流傳感器電路圖如圖3所示。

2.1 巨磁阻傳感器

設計中選擇VA100F3型巨磁阻傳感器，采用惠斯通電橋結構[17]，具有測量范圍寬、靈敏度高、磁滯小、溫漂低和線性度好等特點。巨磁阻芯片特性曲線如圖4所示，輸出電壓范圍為-60～60 mV，封裝為TO94，該封裝放入磁環氣隙中占位置比較小。VA100F3采用電壓供電，工作電壓為±5V，±5 V的電壓由±12 V的電壓經LM7805和LM7905電源芯片得到。VA100F3的1腳和3腳是控制輸入端，2腳和4腳為電壓輸出端。巨磁阻傳感器可將磁場信號轉換為電壓信號。傳感器輸出電壓為：

VH=KHB （1）

式中，KH為巨磁阻傳感器的靈敏度，單位為mV/mT；B為磁感應強度，單位為mT。從圖4中可以得到KH的取值范圍。

圖4 巨磁阻芯片特性曲線

在本設計中，將巨磁阻傳感器放進開有氣隙的磁環的氣隙里，并將傳感器和磁環固定，以獲得穩定的輸出電壓信號。磁場B的大小根據安培環路定律得：

（2）

其中，l為路徑長度；N為路徑包圍的通電導線的匝數；μ0為真空磁導率；I為通過的電流。

根據安培回路定律，被測導線和磁場的關系為：

（3）

式中，H1表示磁環內的磁場強度；H2表示氣隙的磁場強度；r0為平均半徑，r0=（r+R）/2；I0為被測電流；磁環氣隙寬度為d。由式（3）得：

（4）

由于磁環磁導率μ遠大于真空磁導率μ0，上式可以簡化為：

（5）

設N=1，代入式（1）可得：

（6）

由式（6）可知，輸出電壓與被測導線的電流成正比，而且磁環氣隙越小，巨磁阻傳感器輸出電壓越大，因此在設計時磁環氣隙應以卡住傳感器為宜。

2.2 放大電路

由巨磁阻傳感器將磁環收集到的磁場轉化為弱電壓信號，輸出一般為幾十毫伏，需對其進行放大。文中采用AD620儀表放大器，通過改變電阻來改變放大倍數（1～1000）。AD620的1腳和8腳跨接1個10 kΩ電位器S1和1個75Ω的電阻R1來調整放大倍數。如果需要改變放大倍數，則可以調節S1。AD620的引腳4和7分別接-5 V和+5 V的工作電壓，并各自接有0.01 μF的旁路電容至地，用來過濾交流成分，使輸出更平滑；輸入引腳3和2分別接巨磁阻傳感器的引腳4和2；引腳6輸出放大后的電壓值；引腳5為參考電壓，一般接地，在設計中接了一個可調電壓，可通過調整電位器S2的電壓來改變參考電壓。由于巨磁阻傳感器靈敏度較高，環境中的磁場干擾對其影響比較嚴重，在被測電流為零時，巨磁阻傳感器會有一個輸出，該輸出可通過調節S2來改善。AD620的輸出電壓V0與輸入電壓V1、V2的關系如式（7）所示：

（7）

具體改善零點漂移的方法是：在測試開始之前，如果V0不等于零，則通過調節S2改變VREF的大小使得V0為零。該方式理論上可以完全消除零點漂移，但實際操作時受電位器的精度影響，能明顯改善零點漂移狀況。

2.3 功率放大電路

巨磁阻傳感器的輸出電壓信號經儀表放大器之后的輸出不足以驅動次級線圈的負載，此時需加一個功率放大器進行放大，使反饋電路能夠正常工作。設計中采用的功率放大器為LM3886TF，LM886TF的引腳10和引腳9是信號輸入引腳，引腳10與AD620的輸出信號相連，引腳9接地，9腳和10腳接一個電容，與R9形成低通濾波，消除輸入的殘余高頻，使輸入信號更加光滑，減小功率放大器的不必要功耗，同時還可以消除電路自激；引腳1和引腳5分別接+24 V和-24 V工作電壓。引腳8為mute腳，接低電平表示為靜音狀態。引腳3為功率放大器的輸出引腳，最大輸出電流為400 mA，與反饋電阻相連。

2.4 反饋電路

反饋電路主要由反饋線圈和反饋電阻構成，以平衡被測電流產生的磁場。平衡磁場的原理為：被測電流通過磁環所產生的磁場，由反饋線圈的電流進行補償，使磁環始終處于零磁通工作狀態。當被測電流通過磁環，反饋電流尚未形成時，巨磁阻傳感器感應到磁場產生的電壓信號，經放大級放大后，推動驅動級產生反饋電流，由于反饋線圈的存在，反饋電流不會發生突變，而是逐漸上升，反饋電流產生的磁場補償了部分被測電流產生的磁場。因此，巨磁阻傳感器輸出降低，反饋電流上升減慢。當反饋電流產生的磁場完全補償了被測電流產生的磁場時，磁環磁場為零，巨磁阻傳感器輸出為零。 但由于線圈的緣故，反饋電流還會上升，補償過沖，巨磁阻傳感器輸出發生變化，反饋電流減小，如此反復在平衡點附近振蕩?？梢酝ㄟ^測量反饋電阻兩端的電壓，間接計算出被測電流。

3 智能電流傳感器穩態誤差

智能電流傳感器是基于負反饋的一種運用，從負反饋的角度分析，可以更好地改善其性能，電流傳感器的系統反饋框圖如圖5所示。BP是被測電流在磁芯中產生的磁感應強度，BS是次級電流IS在磁芯中產生的磁感應強度，BH是被測電流與反饋電流在磁芯中產生的磁感應強度差，KH是巨磁阻傳感器的靈敏度系數，G（s）是巨磁阻傳感器輸出電壓VH進一步處理的放大電路及功率放大電路的傳遞函數。RM、RS、SLS分別是串聯次級線圈的測量電阻、次級線圈的電阻以及次級線圈電感的阻抗，三者共同構成了功率放大器的負載。BS與IS的比值定義為KS[18]。

該反饋系統的理論誤差為：

（8）

由式（7）可知，該穩態誤差只能減小而不能消除，這也說明了巨磁阻電流傳感器并非真正工作在零磁通狀態，正是由于穩態誤差的存在，使得巨磁阻傳感器能夠不斷感應到磁場使后續部分工作。該誤差產生的原因是磁芯和線圈的消耗。巨磁阻傳感器的靈敏度高，KH大可以有效減小系統的穩態誤差；選用磁導率高，直徑小的磁環或減小負載均能改善傳感器的性能，提高傳感器的精度[19]。

忽略系統的穩態誤差可得到式 （9）， NP為被測電流的匝數，NS為次級線圈的匝數。

（9）

進一步化簡可得式（10），通過測量RM的電壓Vout即可求出被測電流IP。

（10）

4 測試結果分析

在25℃的溫度下，使用穩壓電源以及安捷倫電流源進行測試，用直流穩壓電源為電流傳感器提供12 V的工作電壓；用安捷倫E3631A型直流電源提供0～5 A的被測電流。步長為50 mA，從0 A逐漸增加到5 A。用ZigBee智能無線傳輸模塊測量反饋電阻的電壓并⑵浞⑺透計算機，從計算機上得到測量數據。部分數據如表1所列。

25℃直流數據測試結果如圖6所示。三角表示理論輸出值，方塊表示實際測量值。在零輸入情況的輸出是由外界磁場干擾產生的，外界磁場主要包括地磁場和實驗室各種器件產生的磁場。在實驗中可以通過調節AD620的參考電壓來抵消外界磁場干擾產生的輸出電壓，實際運用時可對巨磁阻電流傳感器進行屏蔽處理，否則會因環境的不同而產生不同的輸出，影響測量結果。25℃校正后的直流數據測試結果如圖7所示，相比圖6傳感器的零點漂移有了明顯改善。從圖7中可以看出兩條線基本處于平行狀態，因此巨磁阻電流傳感器的線性度較好，計算表明線性度優于0.05%。

通過增長率的變化可判斷電流傳感器性能的穩定性。理論增長率取決于反饋線圈匝數和反饋電阻的比值，K=N/R。對1 A的測試電流進行50次測試，根據I=KV得到測試增長率K，圖8所示為實際測量與理論增長率的對比圖，從圖中可以看出測試增長率變化較小，穩定性較好。由于計算過程中忽略了穩態誤差，以此測試的K值比理論的K值大。測試電阻隨溫度的升高而變大，使得測試增長率呈現變小的趨勢。選擇溫度穩定性較好的電阻元件可以進一步提高電流傳感器的性能。

5 結 語

設計表明，基于巨磁阻傳感器的智能電流傳感器測量直流的方案是可行的，該傳感器具有較好的靈敏度和線性度，解決了磁飽和、零點漂移、溫度穩定性差等問題，實現對直流電的非接觸測量和遠程監控功能。測試結果表明，該智能電流傳感器可測量幾十毫安至幾安的直流電流，其靈敏度為103.5 mV/A，線性度優于0.05%。可進一步通過軟件補償的方法提高傳感器的精度。

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