第4节 负面反馈 (修订中)
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如果我们将运算放大器的输出连接到其反相输入并将电压信号施加到同相输入，我们会发现运算放大器的输出电压紧跟输入电压（我忽略了吸收功率电源、+V/-V 线和接地符号为简单起见）：
随着 V in增加，V out将根据差分增益增加。然而，随着 Vout增加，该输出电压被反馈到反相输入，从而降低输入之间的电压差，从而降低输出。对于任何给定的电压输入，运算放大器将输出一个非常接近于 V in的电压，但又足够低，以便在 V in和 (-) 输入之间留有足够的电压差来放大以生成输出电压。
电路将很快达到一个稳定点（在物理学中称为_平衡_），此时输出电压恰到好处，可以保持适当的差分量。将运算放大器的输出电压耦合到反相输入是一种称为_负反馈_的技术，它是拥有自稳定系统的关键（这不仅适用于运算放大器，而且适用于任何动态系统一般来说）。这种稳定性使运算放大器能够在其线性（有源）模式下工作，而不是像用作比较器 (opens new window)时那样完全“开启”或“关闭”饱和，根本没有反馈。
由于运算放大器的增益如此之高，反相输入端的电压可以保持几乎等于 V in。我们可以写出一个方程，将输出电压与输入电压和增益_G 联系_起来：
然后，求解输出电压，我们得到以下结果：
假设我们的运算放大器的差分电压增益为 200,000 且 V in等于 6 V，我们可以使用以下公式计算输出电压：
这会产生刚好足够的差分电压 (6 V - 5.99997000015 V = 29.99985 µV) 以使输出端出现 5.99997000015 伏特，并且系统保持平衡。如您所见，29.99985 µV 的差分电压并不大，因此对于实际计算，我们可以假设两条输入线之间的差分电压由负反馈精确地保持在 0 伏。
# 1. 运算放大器中负反馈的优势
使用带负反馈的运算放大器的一大优势是运算放大器的实际电压增益无关紧要，只要它非常大。如果运算放大器的差分增益为 250,000 而不是 200,000，这意味着输出电压将保持在接近 V in 的位置（输入之间产生所需输出所需的差分电压更少）。在刚刚说明的电路中，输出电压（出于所有实际目的）仍将等于同相输入电压。因此，运算放大器增益不必由工厂精确设置，以便电路设计人员构建具有精确增益的放大器电路。负反馈使系统自我纠正。上述电路作为一个整体将简单地跟随输入电压，稳定增益为 1。
# 2. 运算放大器中的电路如何工作？
回到我们的差分放大器模型，我们可以将运算放大器视为由极其灵敏的_零位检测器_控制的可变电压源，是一种用于电桥电路中检测平衡条件的仪表移动或其他灵敏测量设备（零伏）。运算放大器内部产生可变电压的“电位器”将移动到它必须“平衡”反相和非反相输入电压的任何位置，以使“零位检测器”两端的电压为零：
由于“电位器”将移动以在“指示”为零伏时提供满足“零位检测器”所需的输出电压，因此输出电压等于输入电压：在这种情况下为 6 伏。如果输入电压发生变化，运算放大器内部的“电位器”将改变位置以使“零位检测器”保持平衡（指示零伏），从而导致输出电压始终大约等于输入电压。
这将在运算放大器可以输出的电压范围内成立。使用 +15V/- 共集电极 (opens new window)（“发射极跟随器”）放大器一样，它具有 1 的电压增益、高输入阻抗、低输出阻抗和高电流增益。电压跟随器也称为_电压缓冲器_, 并用于提高电压信号太弱（源阻抗太高）而无法直接驱动负载的电流源能力。上图所示的运算放大器模型描述了输出电压如何与输入电压基本隔离，因此输出引脚上的电流根本不由输入电压源提供，而是由为运算供电的电源提供-放大器。
应该提到的是，许多运算放大器不能将其输出电压精确地摆动到 +V/-V 电源轨电压。741 型号是其中之一：当饱和时，其输出电压在 +V 电源电压的约 1 伏和 -V 电源电压的约 2 伏内达到峰值。因此，使用 +15/-15 伏的分离电源，741 运算放大器的输出可能高达 +14 伏或低至 -13 伏（大约），但仅此而已。这是由于其双极晶体管设计。这两个电压限制称为_正饱和电压_和_负饱和电压_， 分别。其他运算放大器，例如在最终输出级带有场效应晶体管的 3130 型运算放大器，能够在任一电源_轨_电压的毫伏范围内摆动其输出电压。因此，它们的正负饱和电压实际上等于电源电压。
# 3. 总结
- 将运算放大器的输出连接到其反相 (-) 输入称为_负反馈_。该术语可以广泛应用于任何动态系统，其中输出信号以某种方式“反馈”到输入以达到平衡点（平衡）。
- 当运算放大器的输出_直接_连接到其反相 (-) 输入时，将创建一个_电压跟随器。_无论施加在同相 (+) 输入上的信号电压如何，都会在输出上看到。
- 具有负反馈的运算放大器将尝试将其输出电压驱动到任何必要的电平，以使两个输入之间的差分电压实际上为零。运算放大器差分增益越高，差分电压越接近零。
- 一些运算放大器在饱和时无法产生与其电源电压相等的输出电压。741 型就是其中之一。运算放大器输出电压摆幅的上限和下限分别称为_正饱和电压_和_负饱和电压_。
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