当运放同时有正反馈和负反馈的时候，会是什么样？

只看该作者 · 2024-8-10 19:15

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@21小跑堂
运放在各种电路中得到广泛的应用，基本的同相放大电路，反相放大电路，积分器，微分器以及有源及滤波器，大部分工程师用起来是得心应手的。可仔细看一下这些电路的类型，发现基本都是负反馈，即使不了解运放内部的结构。按照“虚短”“虚断”的特性，也能很轻松的得到输入电压和输出电压之间的关系。有时候多思考一下，如果运放同时的有负反馈和正反馈存在的时候，应该是如何分析呢？
比如下图的两个电路，左图是典型的同相放大电路，增益是Av=(1+R12/R11),能很容易的得到，右图就是正反馈和负反馈同时存在，此时是否还有稳定输出，都是一个疑问。毕竟在大部分情况下，电路存在正反馈的时候，是不稳定的。关于反馈系统的稳定性，原理性内容有很多论文书籍可以参考，本文主要对这种正负反馈同时存在的电路，做一些仿真性的讨论，以此和网友交流的。

经过仿真，可以肯定的是，当R14到R17取值不同的时候，得到的输出电压是不同的。
定义R14是负反馈的Rf，R15是Rin；R17是正反馈的Rf，R16是Rin
情况一，正负反馈的Rin=Rf的时候，输出是电源电压Vcc，基本可以认为是输出饱和

情况二，正反馈的Rf<Rin, 输出是电源电压Vcc，输出饱和

情况三，正反馈的Rf>Rin, 输入和输出有放大关系，放大倍数是Av=10

以上只是做了不同的取值，就得到了不同的结果。这种盲试，是得不到任何指导性的结论。我在遇到这种电路，会用一种假设的分析。假设这种电路是负反馈的效果更加明显，输出是稳定的。那么同相和反相端依然遵循“虚短”的原则，这样电路分析起来就很容易了，由于输出通过正反馈到同相端，所以这里还是需要再使用叠加原理得到同相端的电压
Vpositive=Vin*(R17/R16+R17)+Vout*(R16/R16+R17)
对于同相端，利用KCL，可以得到
Vnegative/R15=Vnegative-Vout/R14
然后由“虚短”就可以得到输入输出之间的增益关系
Av=Vout/Vin=R17*(R14+R15)/(R15*R17-R14*16)
通过很简单的数学计算，就得到了和基本同相放大电路一样的增益公式。
通过这个增益公式，我得到一些结论，是否正确可以网友一起讨论：
该增益是基于负反馈结论得到的，输入信号再同相端，那么Av必须大于0，否则就是正反馈占据主导，输出会饱和。
通过该结论，我们再回去和上文仿真的三个结果做比较。
仿真情况一，是R15*R17-R14*16=0,所以Av是无穷大，这个显然会造成输出饱和，从而输出电源电压；
仿真情况二，是R15*R17-R14*16<0, 此时放大倍数是负数，不满足负反馈特性，输出饱和；
仿真情况三，是R15*R17-R14*16>0, Av=10，满足负反馈特性，输出按照闭环放大倍数放大十倍；
根据理论计算和仿真的演示，两者的结果是符合的。得到了同相输入，电路正负反馈的增益公式，可以根据这种方法，也可以计算得到反相输入，电路存在正负反馈的增益公式。如果增益结果是正数，那么会造成输出饱和，从而输出电源电压，此时饱和输出的就会是电源负电压。这个是和上文提到的同相输入，分析的结果是相反的。但是分析过程是一样的，就不在这里展开讨论。
正反馈和负反馈在电路中的作用，相关论述书籍在IEEE上有很多，需要涉及到小信号分析，传递函数的推导等等，而本文是粗浅的讨论，是一种简单的定性分析，以此加深对电路的认识。

当运放同时有正反馈和负反馈的时候，会是什么样？

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