运算放大器中的负反馈

之前的视频教程介绍了一个理想的运放模型，其中输入有无限的阻抗并且两个输入电压之间的差异乘以无限增益并通过零电阻传递到输出端子，而不会随着输入频率的增加而损失。

这个模型是一个主要的简化，因为在真正的运放中

• 增益很高，但绝对不是无穷大，
• 输出电阻相当低，但绝对不是零，
• 输入电流为操作所需，且
• 增益通常在低频时开始减小。

但是，重要的是要明白，理想模型不是要孤立存在的，因为运放不打算用作“开环”放大器。相反，我们几乎总是将运放纳入一个“闭环”配置，即负反馈创建一个连续的信号路径，从输入端到输出端，再回到输入端。

什么是负面反馈?

术语“反馈”指的是获取一个输出信号，或输出信号的一部分，并将其返回(即反馈)到系统的输入。反馈可以是消极的也可以是积极的，但消极的反馈更常见。我们通过取输出信号，或输出信号的一部分，并将其与输入信号结合，产生负反馈减法。

(有关此主题的详细探讨，请参阅AAC的资料负面反馈系列。）

这种简单的技术可以将运放转换成易于使用的、通用的组件，更符合其理想模型。

增益与反馈系数

如上图所示，反馈系统的关键参数是开环增益(a)和反馈因子(β)。反馈因子对应于反馈到输入的输出部分。例如:

• 如果输出振幅在反馈前减少一半，则β = 0.5。
• 如果25％的输出幅度反馈，则β= 0.25。
• 如果输出直接连接到输入级，则β= 1。

负反馈系统的总增益称为闭环增益（\（gcl \）），如下计算：

\[G_{CL} = \frac {A}{1+A\beta}\]

但是，如果我们假设A很大，我们可以用这个公式进行重要的化简:

\ [g_ {cl} \ inftom \ frac {1} {\ beta} \]

这告诉我们，只要放大器的开环增益非常高，系统的总增益由用于的组件确定减少的幅度在输出信号被反馈到输入信号之前。

使用OP-AMPS的负面反馈

运算放大器让我们很容易创造高性能的负反馈放大器系统:通过将反馈信号连接到反相输入端来实现减法，运放的高增益使我们可以使用简化的\(G_{CL} \)表达式，而不必担心精确的闭环增益和近似的闭环增益之间的差异。(例如，如果A = 105和β = 0.5，近似的\(G_{CL} \)是2，确切的\(GCL \)是1.99996。)

在这一点上，我们几乎准备好设计一个基于运算放大器的负反馈放大器。我们知道总增益将等于反馈因子的倒数，但是我们如何创建反馈因子呢?

如上所述，反馈因子对应于输出信号幅度的减小，我们可以简单地通过添加一对电阻来减小信号幅度:

在这里，我们使用基本电阻分压器来创建\（\ beta = r_1 /（r_1 + r_2）\）的反馈因子。例如，如果我们有\（r_1 = r_2 = 1 k \ oomega \），则β= 0.5，这将导致放大器具有\（g_ {cl} = 2 \）的总增益。我们可以通过选择不同的电阻值来轻松调整增益，并且如有必要，我们可以通过使用高精度电阻使得增益非常准确。

概括

• 我们通过从输入信号中获取所有或部分系统的全部或部分来创造负反馈并从输入信号中减去它。
• 如果我们在高增益放大器周围建立一个负反馈系统，总增益只取决于反馈因子。
• 我们可以通过将运放与电阻反馈网络相结合来设计高性能的放大器，电阻反馈网络在将输出信号反馈到输入信号之前会降低输出信号的振幅。