您可以使用負(fù)反饋來(lái)提高放大器的信噪比，減少其非線性失真，并改善其輸入和輸出阻抗特性。

這是第一篇文章中的圖表，這樣您每次想要思考一般反饋結(jié)構(gòu)時(shí)都不必切換頁(yè)面：

鮮為人知的好處

很難完全沒(méi)有意識(shí)到前一篇文章中討論的負(fù)反饋電路的好處。即使你還沒(méi)有研究增益減敏和帶寬擴(kuò)展的理論性質(zhì)，你可能從運(yùn)算放大器的經(jīng)驗(yàn)中知道，負(fù)反饋放大器電路的好處：

1）不受正在使用的特定運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)增益的顯著影響；

2）由增益帶寬積的控制，該乘積告訴您運(yùn)算放大器是否能夠以您選擇的閉環(huán)增益提供足夠的帶寬。

但為了使這個(gè)討論更加全面，我們需要考慮其他三種方式，其中負(fù)反饋可以顯著提高放大器的性能。

然而，這些有益的特性比前兩個(gè)更微妙和專業(yè)。為什么？主要是因?yàn)楝F(xiàn)在放大器和工程師之間的所有相互作用都由運(yùn)算放大器主導(dǎo)，而這些其他三個(gè)好處并不直接或普遍適用于標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器電路;隨著我們這個(gè)系列文章的講解，其原因?qū)⒆兊酶忧逦?/p>

提高您的SNR

我們通常認(rèn)為反饋放大器會(huì)增加電路中的噪聲量 - 畢竟，運(yùn)算放大器會(huì)受到輸入電壓噪聲和輸入電流噪聲的影響，外部電阻也會(huì)產(chǎn)生約翰遜噪聲。然而，在特殊情況下，我們可以通過(guò)添加另一個(gè)放大器和大量負(fù)反饋來(lái)增加現(xiàn)有放大器輸出端的信噪比（SNR）。特殊情況如下：如果您從嘈雜（通常是低電壓增益）放大器開(kāi)始，您可以在噪聲放大器前放置一個(gè)低噪聲，高電壓增益放大器，并在兩個(gè)放大器的周圍應(yīng)用負(fù)反饋電路設(shè)計(jì)，這樣做的結(jié)果是SNR的顯著改善。

下圖是初始場(chǎng)景的直觀表示：

如您所見(jiàn)，我們已將噪聲放大器建模為與輸入信號(hào)中添加的噪聲電壓串聯(lián)的增益AHP。我們將增益稱為AHP，因?yàn)檫@種降噪技術(shù)的典型應(yīng)用涉及一個(gè)高功率輸出放大器，后面是一個(gè)低噪聲前置放大器（用ALN表示）。從上圖中我們看到輸入信號(hào)的SNR是Vsignal / Vnoise，并且由于這兩個(gè)項(xiàng)被AHP均等地放大，因此輸出SNR也是Vsignal / Vnoise。

現(xiàn)在我們需要在噪聲放大器前面放置一個(gè)低噪聲放大器。我知道你在想什么：為了善良，為什么不首先選擇低噪音放大器呢？嗯，事實(shí)證明，使用從其（可能是濾波不良的）高瓦特?cái)?shù)（即高功率）電源吸收大量電流的放大器很難（或昂貴）保持良好的噪聲性能。因此，這種基于反饋的降噪技術(shù)本質(zhì)上是一種利用低功率放大器的卓越噪聲性能來(lái)降低高功率放大器引入的噪聲影響的方法。所以下圖是這種新的電路模型：

回想一下負(fù)反饋放大器的閉環(huán)增益公式：

新電路模型的環(huán)路增益（對(duì)應(yīng)于通用公式中的Aβ）是ALN*AHP*β，我們需要進(jìn)一步修改輸入 - 輸出關(guān)系以解釋Vsignal乘以ALN和AHP的事實(shí)，但Vnoise是僅乘以AHP。這是結(jié)果：

從該等式中消除的重要一點(diǎn)是輸出電壓包括噪聲信號(hào)和原始輸入信號(hào)，但是信號(hào)分量比噪聲分量大ALN因子。因此，信噪比已經(jīng)乘以了ALN：

這是一個(gè)重要的結(jié)果，因?yàn)閹缀鯖](méi)有麻煩和代價(jià)，我們可以大大提高信噪比;但請(qǐng)記住，前置放大器的增益不能高到導(dǎo)致信號(hào)超過(guò)功率放大器電源電壓所確定的輸入電壓限制。此外，由AHP表示的功率放大器級(jí)通常具有單位的電壓增益;其目的是為負(fù)載提供高電流，而不是增加電壓幅度。因此，我們選擇β= 1來(lái)實(shí)現(xiàn)SNR改善，同時(shí)保持適當(dāng)?shù)目傇鲆妗?/p>

處理失真

理想的放大器可為任何輸入信號(hào)提供一致的增益。我們已經(jīng)看到，隨著輸入頻率的增加，實(shí)際放大器最終會(huì)失去增益。實(shí)際放大器電路的另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)特征是非線性失真，這是非理想放大器對(duì)不同幅度的輸入信號(hào)表現(xiàn)出不同增益量的結(jié)果。我們不會(huì)討論這個(gè)主題的數(shù)學(xué)細(xì)節(jié)，但我們可以從直覺(jué)中得出結(jié)論，負(fù)反饋將減少放大器的非線性失真：如果反饋導(dǎo)致閉環(huán)響應(yīng)僅部分取決于放大器的開(kāi)環(huán)增益，因此閉環(huán)響應(yīng)僅受放大器失真特性的部分影響。

因此，向放大器添加負(fù)反饋實(shí)際上減少了輸出信號(hào)中的非線性失真量。如果您發(fā)現(xiàn)這個(gè)令人驚訝或新穎的結(jié)論，請(qǐng)記住我們?cè)谖恼麻_(kāi)頭所說(shuō)的關(guān)于這些“鮮為人知的好處”的內(nèi)容：它們并非直接或普遍適用于所有的運(yùn)算放大器電路。在失真的情況下，我們不考慮反饋的影響，因?yàn)榧僭O(shè)運(yùn)算放大器將始終用于反饋配置。換句話說(shuō)，運(yùn)算放大器本身的失真在很大程度上是無(wú)關(guān)緊要的。這一事實(shí)在下面的模擬器件AD8044放大器圖中很明顯：

如您所見(jiàn)，失真規(guī)格是針對(duì)各種閉環(huán)增益而給出的，但不適用于開(kāi)環(huán)增益。

以下電路演示了非線性失真是什么，以及負(fù)反饋可以減少它的直接方式。第一個(gè)電路是一個(gè)單位增益運(yùn)算放大器來(lái)驅(qū)動(dòng)B類輸出級(jí)。

現(xiàn)在看一下輸入電壓從-3 V增加到+3 V時(shí)的輸出電壓：

除了死區(qū)之外，輸入 - 輸出關(guān)系是一致的，其中控制電壓不足以導(dǎo)通NPN晶體管或低到足以導(dǎo)通PNP晶體管。這是失真的一個(gè)例子，因?yàn)樵鲆娓鶕?jù)輸入信號(hào)的幅度而變化。通過(guò)結(jié)合B類放大級(jí)輸出的負(fù)反饋，我們幾乎可以完全消除這種失真：

您無(wú)法看到Vcontrol跟蹤，因?yàn)樗梦挥赩out跟蹤下方。因此，負(fù)反饋不僅消除了失真，而且還消除了控制和輸出之間的偏移（由晶體管的基極 - 發(fā)射極電壓降引起）。

提高阻抗。 。 。有時(shí)需要

通常，放大器應(yīng)具有高輸入阻抗和低輸出阻抗，這種設(shè)計(jì)確保了在驅(qū)動(dòng)放大器的電路的阻抗上電壓降低最小，并且大部分輸出電壓被輸送到負(fù)載。到目前為止，負(fù)反饋既可以增加輸入阻抗又可以降低輸出阻抗也就不足為奇了。當(dāng)你發(fā)現(xiàn)阻抗增加或減少的因素是一個(gè)熟悉的數(shù)量時(shí)，你可能會(huì)再次感到驚訝：（1 +Aβ）。想象一下，我們決定使用運(yùn)算放大器作為開(kāi)環(huán)放大器。

輸入阻抗計(jì)算為（正輸入端電壓） - （負(fù)輸入端電壓）除以輸入電流：

在這種情況下，負(fù)輸入端的電壓為0 V，有效輸入阻抗只是運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)輸入阻抗RinOL?，F(xiàn)在假設(shè)我們切換到閉環(huán)配置：

負(fù)端子的電壓不再是0 V而是（Vin +×GCL）×β：

因此，

因此，帶反饋的有效輸入阻抗（RinFB）是：

類似的（雖然有些更復(fù)雜的分析）可以證明輸出阻抗降低了相同的因子：

最后一個(gè)重要注意事項(xiàng)：精明的讀者可能想知道為什么標(biāo)準(zhǔn)的反相運(yùn)算放大器電路因其低輸入阻抗而聞名 - 負(fù)反饋對(duì)阻抗特性有益嗎？嗯，實(shí)際上有四種負(fù)反饋拓?fù)洌@種阻抗分析并不適用于所有四種。它適用于“串聯(lián) - 并聯(lián)”拓?fù)?，其中?biāo)準(zhǔn)的非反相運(yùn)算放大器電路就是一個(gè)例子。但是，它不適用于屬于“并聯(lián) - 并聯(lián)”拓?fù)涞臉?biāo)準(zhǔn)反相運(yùn)算放大器電路。

結(jié)論