运算放大器负反馈四种拓扑结构原理探秘-2019年精选文档

运算放大器负反馈四种拓扑结构原理探秘

： There are four topological structures in the negative feedback circuit based on op amp： amplifying circuit with negative feedback of voltage series， amplifying circuit with negative feedback of voltage shunt， amplifying circuit with negative feedback of current series and amplifying circuit with negative feedback of current shunt. This paper discusses the principle of four topological structures in depth. 0 引言

如图1所示，一般运放具有两个输入端口Vin+和Vin-，以及一个输出Vout，另外电源一般采用双极性电源供电。在运放开环的时候，运放作为比较器，将Vin+与Vin-两个输入端口的压差放大，理想状态下是放大到无穷。实际上会受到运放供电电压的制约，使得VS-？燮Vout？燮VS+。因此在开环的时候如果输入的两个端口（Vin+）≠（Vin-）那么Vout只能输出VS+或者VS-。这就是运放构成的比较器。 1 第一种，电压并联负反馈

由运放知识可以知道运放的Vin+和Vin-趋于相当的电势。也就是图2（a）中Vin-=0。另外Vin-与Vin+端口并不吸收电流，也就是这两个输入点只存在电压信号不存在电流信号，另外对地

电阻无穷大。因此可以把图2（a）等效为图2（b）。 注意到Rin与Rf之间的接地为等效接地，实际上只是个电势参考点而已，所以电流并不从此流入大地，以图2（b）中三角箭头的参考方向为正方向，则有： （Vin-0）：Rin=（0-Vout）：Rf。 即：Vout=-（Rf/Rin）*Vin （1）

解析：该方程有一个重要特点就是，该方程为一元一次线性方程，Vin为变量，Vout为因变量，运放的存在就是使得输出能跟随输入的变化使得该方程成立。 2 第二种，电压串联负反馈 该电路满足关系：

Vout=（（R2/R1）+1）*Vin （2）

由于虚短虚断的概念我们可以认为：Vin+与Vin-之间有着无穷大的电阻连接，另外作为负反馈电路，Vout的存在只有一个目的，就是为了达到Vin+==Vin-，另外使得变量Vin和Vout符合上述等式。

对上述电路进行去运放等效处理得图3（b）。

图3（b）中R1和R2之间节点电压等于Vin，该图Vin控制着输出Vout，使得输出满足方程：Vin=Vout*R1/（R1+R2）。即满足该等效电路的伏安特性。

负反馈平衡的本质就是：每当输出要增大的时候都可以通过该分压电路把变化信息传递给Vin-，使得Vin+与Vin-始终接近

无穷小。这也是负反馈的本质，就是不管电路参数如何变动都可以通过Vin-把输出Vout的一部分送给输入，使得（Vin+）（Vin-）-始终向0靠近。如果难以理解就看成上面的等效电路就行了，Vout跟随Vin变化，以保证串联电阻的伏安特性。另外要明确，Vin只相当于电压参考点，实际上不给电路提供任何电流，电流始终有受控的Vout提供。

3 第三种，电流串联负反馈放大电路

从图4中我们可以看出端口1和端口2电压相等，另外示波器中也展示出RF上电压（等于端口2）与输入电压一致（波形一致）。因为RF电阻为固定电阻，则可知RF上的电压始终等于输入Vin。RF上电流也就始终等于Vin/RF。这实际上是把负载RL作为输出Vout负载的一部分，另外把Vout的一部分通过分压的形式反馈给了Vin-。 由伏安特性可知：

I（RL）=I（RF）=Vout：（RL+RF）=Vin：RF （3） 可知该电路RL上电流的大小与Vin和RF有关，与RL无关。该电路的重要作用是可以通过Vin输入控制输出Vout变化，使得负载RL上始终有电流大小为Vin：RF流过。如果RF和Vin固定，无论负载如何变化，都能获取恒定电流。 4 第四种，电流并联负反馈放大电路

如图5所示，从端口2输入电流源信号，这里电流幅值为1mA，则从等效图上可知电流从RF流入，也就是RF上电流就是

1mA幅值，由等效电路图的伏安特性可知，R1上也有同样大的电流流过，那么RL就有2mA幅值的电流流过，因此如图中示波器波形所示。根据伏安特性可知有以下关系成立： I（in）*RF=Vou*■ （4） I（RL）=I（in）*1+■ （5）

由电流等式可知流过RL的电流与RL大小无关，只与RF和R1相关，且由于电阻值不可为负，故该电路负载电流始终不小于输入电流I（in）。 5 结束语

运放负反馈电路的分析方法是：根据运放的基本特点，把运放消失掉，只保留最简电路图，将电感，电容看做可变电阻（针对不同频率的信号电阻不同）分析，最后电路只剩下符合伏安特性的电阻电路方便了定性分析。 反馈电路类型的判别方法：

反馈电路直接从输出Vout端引出，则是电压反馈。 从负载RL靠近地端（一般还有一个定值电阻与RL相连，该定值电阻另一端是接地的）引出，则是电流反馈。

或者这么理解，对输出端（负载两端）短路，反馈量为0，则为电压反馈，若不为零是电流反馈。

输入信号和反馈信号分别加到两个输入端是串联反馈，加到了同一个输入端是并联反馈（因为运放有两个输入端分别叫Vin+和Vin-）。

反馈信号使得净输入的信号减小的就是负反馈。净输入=（Vin+）-（Vin-）。