5.2 负反馈放大电路的四种基本组态

通常，引入了交流负反馈的放大电路被称为负反馈放大电路。本节将讲述交流负反馈的四种基本组态及其特点。

我们可以通过之前所学的方法判断图5.2.1(a)所示电路中引入了交流负反馈，输出电压 𝑢𝑜uo​ 作为反馈电压作用于集成运放的反相输入端。当输入电压 𝑢𝑖ui​ 不变的情况下，如果由于某种原因（例如负载电阻 𝑅𝐿RL​ 变化）导致输出电压 𝑢𝑜uo​ 增加，则集成运放反相输入端电位 𝑢𝑔1ug1​ 随之升高，从而使集成运放的净输入电压 𝑢𝑔ug​ 减小，最终使 𝑢𝑜uo​ 降低。

下图示出了负反馈的两种基本结构：

对于电路 (b)，输出电流 𝑖𝑜io​ 作为反馈电流作用于集成运放的反相输入端。类似的分析逻辑也适用于电流反馈。

对上述电路进行分析后，我们得出了以下结论：

稳定输出：交流负反馈稳定放大电路的输出量，任何导致输出量变化的因素都会被抑制。由于输入量的变化也会受到抑制，交流负反馈降低了电路的放大能力。

反馈来源：反馈量本质上是对输出量的采样，可以来自输出电压（图 (a)），也可以来自输出电流（图 (b)），反馈量的数值与输出量成正比。

基本作用：负反馈的主要功能是将反馈量与输入量相减，从而调整电路的净输入量和输出量。

输出稳定性：反馈量取自输出电压将稳定输出电压（图 (a)），而取自输出电流将稳定输出电流（图 (b)）。

对于具体的负反馈放大电路，应首先研究以下问题，才能进行定量分析：

输出端反馈：反馈量是取自输出电压还是输出电流？即反馈的目的是稳定输出电压还是输出电流？

输入端反馈：反馈量与输入量以何种方式叠加？是电压方式还是电流方式？从而判断反馈结果是降低净输入电压还是净输入电流。

根据反馈来源和叠加方式的不同，交流负反馈可以有以下四种组态：

电压串联：反馈量取自输出电压，与输入电压串联。

电压并联：反馈量取自输出电压，与输入电流并联。

电流串联：反馈量取自输出电流，与输入电压串联。

电流并联：反馈量取自输出电流，与输入电流并联。

在放大电路设计中，负反馈放大电路的组态决定了电路的核心性能和应用。通过在电路中集成运放，并应用适当的负反馈机制，可以显著改善放大电路的稳定性、线性度和带宽。本节将探讨由集成运放组成的四种基本负反馈组态，并解释它们各自的特点和应用。

电压串联负反馈电路通常通过电阻分压的方式将输出电压的一部分或全部作为反馈电压。这种配置使得反馈电压与输入电压进行差分放大，从而实现电压稳定。如图所示，该电路采用了输出电压作为反馈信号，与输入电压相减后进行放大处理。

图5.2.2 电压串联负反馈电路示意图

在电流串联负反馈电路中，输出电流通过电阻转换成反馈电压，并与输入电压求差后放大。这种组态特别适用于需要电流稳定的应用。通常，负载电阻的位置会影响电路的反馈稳定性，如图所示，负载电阻接在电阻 𝑅2R2​ 处以稳定电流。

图5.2.3 电流串联负反馈电路示意图

电压并联负反馈电路特点是将输出电压转换成反馈电流，该反馈电流与输入电流求差后放大。此类电路适用于需要电压稳定输出但输入为电流源的应用。通过恰当配置电路元件，可以实现高效的电流到电压转换，如图所示。

图5.2.4 电压并联负反馈电路示意图

电流并联负反馈电路将输出电流转换成反馈电流，并与输入电流求差后进行放大。这种电路配置适合于电流控制应用，尤其是当输入信号为恒流源时。此组态保证了电流的高度稳定性，如图所示。

图5.2.5 电流并联负反馈电路示意图

以上四种负反馈放大电路组态各有其特点和适用场景。选择合适的负反馈组态不仅取决于负载的电压或电流稳定需求，还取决于输入信号源的性质（恒压源或恒流源）。通过恰当的设计和配置，这些负反馈电路能够显著提高放大电路的性能和适用性。

在放大电路中，正确地判断和应用各种反馈组态是至关重要的，因为这直接关系到电路的性能和稳定性。本节将详细分析如何判断电压反馈与电流反馈，以及串联反馈与并联反馈的不同组态，并通过数学和物理公式来推导这些结论。

负反馈电路中反馈量可以来源于输出电压或输出电流，根据反馈量的来源和其对输出的影响，可以判断是电压负反馈还是电流负反馈。

假设我们有一个基本的反馈电路，如图5.2.6(a)所示。如果我们令输出电压 𝑢0=0u0​=0，即将集成运放的输出端接地，如图5.2.6(b)所示。此时，如果反馈电阻 𝑅𝑓Rf​ 中没有电流流动，则说明没有电流负反馈。如果反馈电流 𝑖𝑓if​ 为零，即使 𝑅𝑓Rf​ 中有输入电流 𝑖i 的作用，也表明电路中引入的是电压负反馈。

通过类似的方法，我们也可以判断图5.2.7中所示的电路。如果令输出电压 𝑢0=0u0​=0，即短路负载电阻 𝑅𝐿RL​，如图5.2.7(b)所示，如果输出电流 𝑖𝑜io​ 仍然存在并且与反馈电流 𝑖𝑓if​ 的关系不变，则表明引入的是电流负反馈。

判断串联反馈与并联反馈的核心在于分析输入和反馈信号的组合方式。串联反馈特征是反馈信号与输入信号以电压形式结合，而并联反馈则是以电流形式结合。

在图5.2.2和图5.2.3中，集成运放的净输入电压 𝑢𝑔ug​ 可以表示为: 𝑢𝑔=𝑢1−𝑢𝑓ug​=u1​−uf​ 这说明这些电路引入了串联反馈。

在图5.2.4和图5.2.5中，集成运放的净输入电流 𝑖𝑔ig​ 可以表示为: 𝑖𝑔=𝑖1−𝑖𝑓ig​=i1​−if​ 这表明这些电路引入了并联反馈。

通过上述的公式和电路行为的分析，我们可以清晰地判断出反馈的类型和组态。这种分析不仅有助于理解电路的基本功能，而且对设计更复杂的电路系统至关重要。