运算放大器电路中的正负反馈

运算放大器电路中的正负反馈

运算放大器(简称运放)可能是所有模拟电子器件中应用最广泛的元件。由于它们的通用性，只需要几个外部组件就可以配置它们来执行各种任务，如放大、加法、减法、乘法、积分等，因此被称为运算放大器，因为它执行数学函数。

这种功能来自于它们使用反馈的事实，这意味着采样部分输出并从输入中添加或减去它以达到预期的结果。

运算放大器中有两种类型的反馈，正反馈和负反馈，本文将详细介绍这两种反馈。

运算放大器的负反馈

负反馈将输出的一部分从输入中减去，从而使输出与输入平衡。这意味着输入的任何变化都会导致输出的类似变化。

负反馈最简单的例子是运放从动器。在这种情况下，反相输入连接到输出，非反相输入作为信号输入。

根据运算放大器的行为规则，运算放大器将尝试在反相和非反相输入之间保持0V的电压差，我们可以理解输出跟随输入以保持这个0V的差，因此称为跟随器。

如果该电路的输入为1V，则输出也为1V，因为输出直接连接到反相输入，因此反相引脚与非反相引脚之间的电压差为0V。

如果你仔细观察，你会发现所描述的电路的增益正好是1，因为输入电压和输出电压的比值是1。

为了演示，该电路使用LM741运算放大器构建，由±12V轨道供电，三角形波输入(来自上一篇文章中制作的三角形波发生器)。

上图显示了该电路的波形——黄色波形为输入，蓝色波形为输出。输出是输入的副本，因此我们知道follower是有效的。请注意两个通道上的垂直刻度相同。

如果我们想要的不是1呢?这可以通过在输出端添加分压器并将反相输入连接到分压器的中间来实现。非反相输入照常作为信号输入。

在这种情况下，两个电阻的值相等。如果输入信号再次为1V，那么运放将尝试以这样一种方式改变输出，使反相输入为1V，以便在其输入端保持0V差分。

要做到这一点，输出必须转到2V，以便分压器输出(因此反相输入)为1V。

这个电路的增益是2，它把输入电压乘以2倍。

很明显，输出与输入保持平衡-输出对输入的变化线性响应，因此该电路用作放大器，这种配置是经典的非反相放大器。

之前的跟随器电路通过增加两个电阻进行了修改，可以清楚地看到电路的输出是输入电压的两倍。

上图所示的示波器波形说明了输出(蓝色波形)是输入(黄色波形)振幅的两倍。

请注意，由于运算放大器的转换速率限制，输出是如何失真的。所描述的两种电路的增益都远小于运算放大器本身的开环增益，因此可以说负反馈降低了系统的总体增益，以换取稳定性。

负反馈运放应用：

负反馈主要用于放大器，其中输入乘以一个称为增益的因子，输出应该是线性的，并且随着输入的变化而稳定。

运算放大器的正反馈

非反相放大器电路可以稍加修改以创建具有正反馈的电路。

运算放大器的反相输入和非反相输入被切换，使反相输入成为信号输入，非反相输入成为引脚，通过分压器接收来自输出的反馈。

现在，当输入端的电压高于非反相输入端的电压时，输出变低。由于运放由±12V轨供电，因此输出为-12V，因此非反相输入为-6V。

输出现在保持锁存于-12V，直到输入低于-6V，此时输出高至12V，将6V置于非反相输入。

现在输入必须穿过6V才能使输出再次改变状态。

与非反相放大器配置不同，该电路的输出不与输入保持平衡，相反，它以非线性方式饱和到任意一个供电轨道。

正反馈运放应用：

由此，我们可以得出结论，正反馈极大地增加了系统的增益，但不稳定，只有两种状态。因此，正反馈不能用于创建放大器，因为反馈是高度非线性的。

演示具有正反馈的运算放大器的最佳方法是正反馈振荡器。如果我们修改之前的电路，在反相输入和地之间增加一个电容，在反相输入和输出之间增加一个电阻，我们就可以制作一个简单的弛豫振荡器。

上图中的示波器波形显示了振荡器在黄色通道上的输出和蓝色通道上非反相输入处的电压。正如您所看到的，非反相输入的阈值电压随着振荡器的每个周期而变化，如上文所述，在+6V和-6V之间。