负反馈系统在放大器电路中的运用及优点

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反馈是将一部分输出信号（电压或电流）用作输入的过程。如果此反馈分数的值或相位与输入信号相反（“反相”），则称该反馈为负反馈或负反馈。
负反馈反对或从输入信号中减去，使它在控制系统的设计和稳定性方面具有许多优势。例如，如果系统输出由于任何原因发生变化，则负反馈会以抵消变化的方式影响输入。
5 P- O; N' A4 u$ U, t$ @7 T反馈会降低系统的整体增益，降低的程度与系统的开环增益有关。负反馈还具有减少失真，噪声，对外部变化的敏感性以及改善系统带宽以及输入和输出阻抗的作用。
电子系统中的反馈，无论是负反馈还是正反馈都是单向的。这意味着其信号仅从系统的输出流向系统的输入。然后，这使系统的环路增益G与负载和源阻抗无关。
由于反馈意味着一个闭环系统，因此它必须具有一个求和点。在负反馈系统中，该求和点或输入的结点从输入信号中减去反馈信号，以形成误差信号β，从而驱动系统。如果系统具有正增益，则必须从输入信号中减去反馈信号，以使反馈为负，如图所示。
. `1 k  h, f+ o3 F+ u2 B2 S负反馈电路

该电路表示一个具有正增益G和反馈β的系统。输入端的求和点从输入信号中减去反馈信号，从而形成误差信号Vin –βG，从而驱动系统。
然后，使用上面的基本闭环电路，我们可以得出以下一般反馈方程：
  c& x. J$ G5 b: n* c负反馈方程

我们看到负反馈的作用是将增益降低1倍+βG。该因子称为“反馈因子”或“反馈量”，通常通过20 log（1+βG）的关系以分贝（dB ）表示。
2 K, P% G0 E* z$ R0 o+ P负反馈的影响如果开环增益G非常大，则βG将远远大于1，因此系统的总增益大致等于1 /β。如果开环增益由于频率或系统老化的影响而降低，但前提是βG仍然相对较大，则整个系统增益不会有太大变化。因此，负反馈往往会减小增益变化的影响，从而提供通常称为“增益稳定性”的信息。
' i6 |3 s' J# u* I6 r负反馈示例No1系统的增益为80dB，无反馈。如果负反馈分数是1/50。加上负反馈，以dB为单位计算系统的闭环增益。
$ _" A( T( \4 G1 Q- g, R

: E% |! ^" G5 S. h' j然后我们可以看到系统具有10,000的环路增益和34dB的闭环增益。
0 \% C6 M5 q7 A# y. f8 g" `, O负反馈示例2如果5年后没有负反馈的系统的环路增益下降到60dB，并且反馈分数保持恒定在1/50。计算系统的新闭环增益值。

然后我们可以从两个示例中看到，在没有反馈的情况下，使用5年后，系统增益从80dB下降至60dB，（10,000至1,000）开环增益下降了约25％。
但是，加上负反馈后，系统增益仅从34dB降至33.5dB，降幅不到1.5％，这证明负反馈为系统增益增加了稳定性。
因此，我们可以看到，与没有反馈的增益相比，将负反馈应用于系统会大大降低其总体增益。
没有反馈的系统增益可能非常大，但不精确，因为它可能会从一个系统设备切换到另一个系统设备，因此有可能设计一个具有足够开环增益的系统，以便在添加负反馈之后，整体增益与期望值匹配。
同样，如果反馈网络由具有稳定特性的无源元件构成，则总增益将变得非常稳定，并且不受系统固有开环增益变化的影响。
0 F+ i9 z" K( k- v, o/ I: p+ N运算放大器的负反馈运算放大器（op-amps）是最常用的线性集成电路类型，但是它们具有很高的增益。开环电压增益，甲VOL，一个标准的741运算放大器的是其电压增益当没有负反馈施加和运算放大器的开环电压增益是其输出电压的比值，Vout的，到其差分输入电压Vin（  Vout / Vin  ）。
741运算放大器的A VOL典型值超过200,000（106dB）。因此，只有1mV的输入电压信号将导致200伏以上的输出电压！迫使输出立即饱和。显然，需要以某种方式控制这种高开环电压增益，我们可以通过使用负反馈来做到这一点。
' T4 e  _* n9 s2 p2 E# |0 O负反馈的使用可以显着改善运算放大器的性能，任何不使用负反馈的运算放大器电路都被认为过于不稳定而无法使用。但是我们如何使用负反馈来控制运算放大器。考虑一下同相运算放大器下面的电路。
同相运算放大器电路

负反馈示例3用开环电压增益的运算放大器，甲VOL 320,000无反馈将被用作非反相放大器。计算以20的闭环增益稳定电路所需的反馈电阻R 1和R 2的值。
' `5 f0 Q$ h2 c# J$ \( E我们上面导出的广义闭环反馈方程为：

通过重新排列反馈公式，我们得到的反馈分数β为：
0 K: @" y) [3 T# G

& y# `* b- G" S9 q/ M+ x% Q然后将A = 320,000和G = 20的值放到上式中，我们得出β的值为：

. n6 T+ ]) H: g  n6 e因为在这种情况下，运算放大器的开环增益非常高（  A = 320,000  ），所以反馈分数β仅将值1设为等于闭环增益1 / G的倒数。/ A将非常小。然后，β（反馈分数）等于1/20 = 0.05。
; j2 m- @* o+ z0 q7 y" H) i0 Y由于电阻R 1和R 2在同相放大器上形成一个简单的串联电压分压器网络，电路的闭环电压增益将由这些电阻的比值决定：
5 f( _- f" j: t

如果我们假设电阻器R 2的值为1000Ω或1kΩ，那么电阻器R 1的值为：
# f6 Z8 ^/ t6 _4 J& Z# s8 C2 P$ J

6 M# P. z; _) k6 H3 ~- Z$ y+ {7 _然后，对于具有约20的闭环增益的同相放大器电路，在这种情况下，所需的负反馈电阻值将为R 1  =19kΩ和R 2  =1kΩ，这给我们提供了同相放大器电路：
- a" Y% ?: l4 h, P! e同相运算放大器电路

2 f) c' E4 F0 T5 i在系统设计中使用反馈有很多优点，但是在放大器电路中使用负反馈的主要优点是可以大大提高其稳定性，更好地容忍元件变化，针对DC漂移的稳定性以及增加放大器带宽。
在公共放大器电路负反馈的实例包括电阻器[R ƒ在运算放大器电路如我们上面看到的，电阻器，- [R小号基于在FET放大器和电阻器，- [R È在双极型晶体管（BJT）放大器。
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反馈是将一部分输出信号（电压或电流）用作输入的过程

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反馈会降低系统的整体增益，降低的程度与系统的开环增益有关

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电子系统中的反馈，无论是负反馈还是正反馈都是单向的

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反馈都是单向的