运放负反馈

学习记录所使用书籍为西安交通大学杨建国教授著《新概念模拟电路》，可在ADI官网下载PDF版学习。

运算放大器，英文为 Operational Amplifier，简写 OA 或 OPA，中文简称为运放。

理想运算放大器如图所示，它具有两个差分的输入端 $u_{+}$ 和 $u_{-}$ ，一个单端输出端 $u_{o}$ ，它们之间具有如下关系： $u_{0}$ = $A$ $u_{o}$ ( $u_{+}$ − $u_{-}$ )

其中， $A$ $u_{o}$ 称为运算放大器的开环电压增益（ $A$ 代表增益，u 代表电压，o 代表 open，区别于后面要使用的负反馈形成的闭环增益 $A_{uf}$ ）。

理想运算放大器具有如下主要特点：

1） $A$ $u_{o}$ 足够大，一般用无穷大∞表示。它的下限截止频率为 0，上限截止频率为∞。

2）两个输入端均具有无穷大的输入阻抗，即流进或者流出 u+和 u-的电流始终为 0。

3）输出端输出阻抗为 0。

4）始终遵循式 $u_{0}$ = $A$ $u_{o}$ ( $u_{+}$ − $u_{-}$ )。

负反馈理论

反馈的定义

反馈的英文为 feedback，feed 是喂养、提供的意思，从字面理解，feedback 是将输出倒送到输入的意思。我国台湾地区将 feedback 译为“回授”。在现实生活中，我们广泛应用到反馈这个词。在电学系统中，将输出信号通过某种方式，回送到输入环节，和原输入信号合并形成净输入信号，或者单独作为输入信号，进而影响输入输出性能的举措，称为反馈。（PID控制理论就是很好的例子）

图 Section58-1 是一个理想运放组成的开环系统，它的输出没有回送到输入环节。图 Section58-2 是一个典型的负反馈电路，它通过两个电阻分压，将输出信号的一部分(1/50) 回送到了输入环节的负输入端，进而达到了整个电路的电压增益为 50 倍的效果。Section58-3 则是一个没有输入信号的反馈系统，输出信号经过一个函数处理——可以是放大、衰减，或者指数运算、对数运算等等——回送到了运放的正输入端，作为单独的输入信号。

正反馈和负反馈

反馈分为正反馈和负反馈两种。当输出信号发生某个方向的变化，此称为变化根源。变化根源回送到输入端后，会再次引起输出信号变化，此称为二次变化。如果二次变化与变化根源具有相同的方向，则属于正反馈。如果二次变化与变化根源具有相反的方向，则属于负反馈。正反馈的作用类似于推波助澜，会加剧变化过程。负反馈的作用是稳定。图 Section58-2 电路中，假设输出的变化为正向（此为变化根源），则分压后在理想运放的𝑢−端，变化也是正向，一个正向变化信号加载到理想运放的𝑢−端，则输出一定会产生负向变化（此为二次变化），即二次变化与变化根源方向相反，它属于负反馈。图 Section58-3 中，反馈环节为一个函数 f，如果这个函数曲线工作在 1、3 象限且单调，则函数本身的输入和输出是同向的，此电路为正反馈；如果函数曲线工作在 2、4 象限且单调，此电路是负反馈。