6.2 负反馈放大电路的四种基本组态

通常，引入交流负反馈的放大电路称为负反馈放大电路。

一、负反馈放大电路分析要点

如图6.2.1(a)所示电路中引入了交流负反馈，输出电压 $u_O$ 的全部作为反馈电压作用于集成运放的反向输入端。在输入电压 $u_I$ 不变的情况下，若由于某种原因（例如负载电阻 $R_L$ 变化）引起输出电压 $u_O$ 增大，则集成运放反向输入端电位 $u_N$ 势必随之升高，导致集成运放的净输入电压 $u_D$ 减小，从而使 $u_O$ 减小。上述过程可表示为若由于某种原因使 $u_O$ 减小时，则负反馈的结果将使 $u_O$ 增大；总之，反馈的结果使输出电压的变化减小。当开环增益很大时，净输入电压 $u_D$ 必然很小，因而图6.2.1(a)所示电路的输出电压 $u_O$ 近似等于输入电压 $u_I$，即 $u_O\approx u_I$。
图(b)所示电路中也引入了交流负反馈，输出电流 $i_O$ 的全部作为反馈电流作用于集成运放的反向输入端。在输入电流 $i_I$ 不变的情况下，若由于某种原因（例如负载电阻 $R_L$ 变化）引起输出电流 $i_O$ 增大，$i_F$ 随之增大，则集成运放反向输入端的电流 $i_D$ 将减小，导致 $u_D$ 减小（$u_D=i_D{R}_i$），反向输入端电位 $u_N$ 势必降低，从而使集成运放的输出电压 $u_O^{\prime }$ 升高，$i_O$ 随之减小（$i_O=(u_O-u_O^{\prime })/R_L$）。上述过程可表示为若由于某种原因使 $i_O$ 减小时，则负反馈的结果将使 $i_O$ 增大；总之，反馈的结果使输出电流的变化减小。当净输入电流 $i_D$ 很小时，图6.2.1(b)所示电路的输出电流 $i_O$ 近似等于输入电流 $i_I$，即 $i_O\approx i_I$。
对上述电路的分析，可以得出如下结论：
（1）交流负反馈稳定放大电路的输出量，任何因素引起的输出量的变化均将得到抑制。由于输入量的变化所引起的输出量的变化也同样会受到抑制，所以交流负反馈使电路的放大能力下降。
（2）反馈量实质上是对输出量的采样，它既可能来源于输出电压，如图（a）所示电路；又可能来源于输出电流，如图（b）所示电路；其数值与输出量成正比。
（3）负反馈的基本作用是将引回的反馈量与输入量相减，从而调整电路的净输入量和输出量。净输入量既可能是输入电压减反馈电压，如图6.2.1(a)所示电路；也可能是输入电流减反馈电流，如图（b）所示。
（4）反馈量取自输出电压将使输出电压稳定，如图6.2.1(a)所示电路；反馈量取自输出电流将使输出电流稳定，如图（b）所示电路。
因此，对于具体的负反馈放大电路，首先应研究下列问题，进而进行定量分析。
（1）从输出端看，反馈量是取自于输出电压，还是取自于输出电流；即反馈的目的是稳定输出电压，还是稳定输出电流。
（2）从输入端看，反馈量与输入量是以电压方式相叠加，还是以电流方式相叠加；即反馈的结果是减小净输入电压，还是减小净输入电流。
反馈量若取自输出电压，则称为电压反馈；若取自输出电流，则称为电流反馈。反馈量与输入量若以电压方式相叠加，则称为串联反馈；若以电流方式相叠加，则称为并联反馈。因此，交流负反馈有四种组态，即电压串联、电压并联、电流串联和电流并联，有时也称为交流负反馈的四种方式。

二、由集成运放组成的四种组态负反馈放大电路

1、电压串联负反馈电路

图6.2.1(a)所示电路将输出电压的全部作为反馈电压，而大多数电路均采用电阻分压的方式将输出电压的一部分作为反馈电压，如图6.2.2所示。电路各点电位的瞬时极性如图中所标注。由图可知，反馈量$$u_F=\frac{R_1}{R_1+R_2}\cdot u_O(\mathrm{6.2.1})$$表明反馈量取自于输出电压 $u_O$，且正比于 $u_O$，并将与输入电压 $u_I$ 求差后放大，故电路引入了电压串联负反馈。

2、电流串联负反馈电路

在图6.2.2所示电路中，若将负载电阻 $R_L$ 接在 $R_2$ 处，则 $R_L$ 中就可得到稳定的电流，如图6.2.3(a)所示，习惯上常画成图（b）所示形式。电路中相关电位及电流的瞬时极性和电流流向如图中所标注。由图可知，反馈量$$u_F=i_O{R}_1(\mathrm{6.2.2})$$表明反馈量取自输出电流 $i_O$，且转换为反馈电压 $u_F$，并将与输入电压 $u_I$ 求差后放大，故电路引入了电流串联负反馈。

3、电压并联负反馈

在图6.2.4所示电路中，相关电位及电流的瞬时极性和电流流向如图中所标注。由图可知，利用 “虚短”，反馈量$$i_F=-\frac{u_O}{R}(\mathrm{6.2.3})$$表明反馈量取自输出电压 $u_O$，且转换成反馈电流 $i_F$，并将与输入电流 $i_I$ 求差后放大，因此电路引入了电压并联负反馈。

4、电流并联负反馈电路

在图6.2.5所示电路中，各支路电流的瞬时极性如图中所标注。由图可知，反馈量$$i_F=-\frac{R_2}{R_1+R_2}\cdot i_O(\mathrm{6.2.4})$$表明反馈信号取自输出电流 $i_O$，且转换成反馈电流 $i_F$，并将与输入电流 $i_I$ 求差后放大，因而电路引入了电流并联负反馈。

由上述四个电路可知，串联负反馈电路所加信号源均为电压源，这是因为若加恒流源，则电路的净输入电压将等于信号源电流与集成运放输入电阻之积，而不受反馈电压的影响；同理，并联负反馈电路所加信号源均为电流源，这是因为若加恒压源，则电路的净输入电流将等于信号源电压除以集成运放输入电阻，而不受反馈电流的影响。换言之，串联负反馈适用于输入信号为恒压源或近似恒压源的情况，而并联负反馈适用于输入信号为恒流源或近似恒流源的情况。
综上所述，放大电路中应引入电压负反馈还是电流负反馈，取决于负载欲得到稳定的电压还是稳定的电流；放大电路中应引入串联负反馈还是并联负反馈，取决于输入信号源是恒压源（或近似恒压源）还是恒流源（或近似恒流源）。

三、反馈组态的判断

1、电压负反馈与电流负反馈的判断

电压反馈与电流反馈的区别在于基本放大电路的输出回路与反馈网络的连接方式不同。负反馈电路中的反馈量不是取自输出电压就是取自输出电流；因此，只要令负反馈放大电路的输出电压 $u_O$ 为零，若反馈量也随之为零，则说明电路中引入了电压负反馈；若反馈量依然存在，则说明电路中引入了电流负反馈。
利用瞬时极性法可以判断出图6.2.6(a)所示电路中引入了交流负反馈，输入电流 $i_I$ 与反馈电流 $i_F$ 如图中所标注。令输出电压 $u_O=0$，即将集成运放的输出端接地，变得到图（b）所示电路。此时，虽然反馈电阻 $R_f$ 中仍有电流，但那是输入电流 $i_I$ 作用的结果，而因为输出电压 $u_O$ 为零，所以它在 $R_f$ 中产生的电流（即反馈电流）也必然为零，故电路中引入的是电压反馈。

利用瞬时极性法可以判断出图6.2.7(a)所示电路中引入了交流负反馈，各支路电流如图中所标注。令输出电压 $u_O=0$，即将负载电阻 $R_L$ 两端短路，变得到如图（b）所示电路。因为输出电流 $i_O$ 仅受集成运放输入信号的控制，所以即使 $R_L$ 短路，$i_O$ 也并不为零；又因为反馈电流 $i_F$ 与 $i_O$ 的关系不变，仍如式（6.2.4）所示，说明反馈量依然存在，故电路中引入的是电流反馈。

2、串联反馈与并联反馈的判断

串联反馈与并联反馈的区别在于基本放大电路的输入回路与反馈网络的连接方式不同。若反馈信号为电压量，与输入电压求差而获得净输入电压，则为串联反馈；若反馈信号为电流量，与输入电流求差获得净输入电流，则为并联反馈。
结论：若输入信号与反馈信号在相异端子，则为串联反馈；若输入信号与反馈信号在相同端子，则为并联反馈。
在图6.2.2和图6.2.3所示两电路中，集成运放的净输入电压$$u_D=u_I-u_F$$故它们均引入了串联反馈。
在图6.2.4和图6.2.5所示两电路中，集成运放的净输入电流$$i_D=i_I-i_F$$故它们均引入了并联反馈。

【例6.2.1】试分析图6.2.8所示电路中有无引入反馈；若有反馈，则说明引入的是直流反馈还是交流反馈，是正反馈还是负反馈；若为交流负反馈，则说明反馈的组态。
解： 观察电路，$R_2$ 将输出回路与输出回路相连接，因而电路引入了反馈。无论在直流通路中，还是在交流通路中，$R_2$ 形成的反馈通路均存在，因而电路中既引入了直流反馈，又引入了交流反馈。
设输入电压 $u_I$ 对地为 “+”，集成运放的输出端电位（即晶体管 $T$ 的基极电位）为 “+”，因此集电极电流（即输出电流 $i_O$）的流向如图中所标注。$i_O$ 通过 $R_3$ 和 $R_2$ 所在支路分流，在 $R_1$ 上获得反馈电压 $u_F$，$u_F$ 的极性为上 “+” 下 “-”，使集成运放的净输入电压 $u_D$ 减小，故电路中引入的是负反馈。
根据 $u_I$、$u_F$ 和 $u_D$ 的关系，说明电路引入的是串联反馈。令输出电压 $u_O=0$，即将 $R_L$ 短路，因 $i_O$ 仅受 $i_B$ 的控制而依然存在，$u_F$ 和 $i_O$ 的关系不变，故电路中引入的是电流反馈。所以，电路中引入了电流串联负反馈。

【6.2.2】试分析图6.2.9所示电路中引入了哪种组态的交流负反馈。

解： 在假设输入电压 $u_I$ 对地为 “+” 的情况下，电路中各点的电位如图中所标注，在电阻 $R_2$ 上获得反馈电压 $u_F$。$u_F$ 使差分放大电路的净输入电压（即 $T_1$ 管和 $T_2$ 管的基极电位之差）变小，故电路中引入了串联反馈。
令输出电压 $u_O=0$，即将 $T_3$ 管的集电极接地，将使 $u_F$ 为零，故电路中引入了电压负反馈。
可见，该电路中引入了电压串联负反馈。