负反馈电路案例

负反馈是过程，微型计算机和放大系统中最常用的反馈控制配置形式

反馈是输出信号的一小部分，也就是电压的过程或电流，用作输入。如果此反馈分数与输入信号的值或相位（“反相”）相反，则反馈被称为负反馈或退化反馈 。

负反馈反对或减少输入信号，使其在控制系统的设计和稳定方面具有许多优势。例如，如果系统输出因任何原因而发生变化，则负反馈会以抵消变化的方式影响输入。

反馈会降低系统的整体增益，减少程度相关系统开环增益。负反馈还具有降低失真，噪声，对外部变化的敏感度以及改善系统带宽和输入输出阻抗的效果。

电子系统中的反馈，负反馈或正反馈是单向的。这意味着它的信号仅从输出到系统的输入以单向流动。然后，这使得系统的环路增益G与负载和源阻抗无关。

由于反馈意味着闭环系统，因此它必须具有求和点。在负反馈系统中，该输入处的求和点或结点从输入信号中减去反馈信号，以形成驱动系统的误差信号β。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。

负反馈电路

该电路代表一个具有正增益， G 和反馈，β的系统。输入端的求和点减去输入信号的反馈信号，形成误差信号 Vin-βG，驱动系统。

然后使用基本的闭环电路上面我们可以推导出一般反馈方程为：

负反馈方程

我们看到负反馈的影响是将增益降低因子： 1 +βG。该因子称为“反馈因子”或“反馈量”，通常以分贝（dB）为单位，以 20log（1 +βG）的关系指定。

效果负反馈

如果开环增益 G 非常大，则βG将远大于1，因此总增益系统的大致等于 1 /β。如果开环增益因频率或系统老化的影响而降低，如果βG仍然相对较大，则整体系统增益不会发生太大变化。因此，负反馈往往会降低增益变化的影响，从而产生通常所说的“增益稳定性”。

负反馈示例No1

系统在没有反馈的情况下具有80dB的增益。如果负反馈分数是1/50。以dB为单位计算系统的闭环增益，并加上负反馈。

然后我们就可以了看到系统的环路增益为10,000，闭环增益为34dB。

负反馈示例No2

如果5年后系统的环路增益没有负反馈已降至60dB，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例子中看到没有反馈，经过5年的使用后，系统增益从80dB下降到60dB，（10,000到1,000）开环增益下降约25％。

然而，随着负反馈的增加，系统增益仅从34dB降至33.5dB，降幅小于1.5％，这证明负反馈为系统增益提供了额外的稳定性。

因此我们可以看到通过将负反馈应用于与没有反馈的增益相比，系统大大降低了它的整体增益。

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变为另一个系统设备，然后就可以设计具有足够开环增益的系统，在添加负反馈之后，总增益与期望值匹配。

此外，如果反馈网络由具有稳定特性的无源元件构成，则整体增益变得非常稳定，并且不受系统固有开环增益变化的影响。

运算放大器中的负反馈

运算放大器（op-amps）是最常用的线性集成电路类型，但它们具有非常高的增益。标准741运算放大器的开环电压增益 A VOL 是在没有施加负反馈时的电压增益和开环电压增益运算放大器是其输出电压 Vout 与其差分输入电压之比 Vin ，（ Vout / Vin ）。

741运算放大器的 A VOL 的典型值超过200,000（106dB）。因此输入电压信号仅为1mV，输出电压将超过200伏！迫使输出立即进入饱和状态。显然，这种高开环电压增益需要以某种方式进行控制，我们可以通过使用负反馈来做到这一点。

使用负反馈可以显着提高运算放大器的性能。不使用负反馈的运算放大器电路被认为太不稳定而无法使用。但是我们如何使用负反馈来控制运算放大器。请考虑下面的非反相运算放大器电路。

同相运算放大器电路

负极反馈示例No3

具有开环电压增益， A VOL 为320,000且无反馈的运算放大器将用作非反相放大器。计算通过闭环稳定电路所需的反馈电阻值 R 1 和 R 2 我们得到的广义闭环反馈方程如下：

通过重新排列反馈公式我们得到一个反馈分数，β：

然后把值： A = 320,000 和 G = 20 ，在上面的等式中我们得到β的值为：

因为在这种情况下运算放大器的开环增益非常高（ A = 320,000 ），反馈分数β将大致等于闭环增益 1 / G 的倒数，仅作为 1 / A <的值将非常小。然后β（反馈分数）等于 1/20 = 0.05 。

作为电阻， R 1 和 R 2 在非反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率决定如下：

如果我们假设电阻 R 2 的值1,000Ω或1kΩ，然后电阻 R 1 的值将是：

然后对于非反相放大器电路即将关闭 - 环路增益为20，所需的负反馈电阻值将在这种情况下， R 1 =19kΩ和 R 2 =1kΩ，为我们提供了一个非反相放大器电路：

同相运算放大器电路

在系统中使用反馈有很多好处设计，但在放大器电路中使用负反馈的主要优点是大大提高了它们的稳定性，更好的元件变化容差，稳定DC漂移以及增加放大器带宽。

常见放大器电路中的负反馈示例包括运算放大器电路中的电阻 R f ，如上所示，电阻， R S 在基于FET的放大器和电阻器中， R E 在双极晶体管（BJT）放大器中。