那麼,回饋到底是什麼?一種答案是回饋指一種過程,即檢測想要影響的某種訊號,並將其一部分回饋到電路中前面的某個點,從而可以施加某種控制。圖1顯示路由兩種訊號的四種經典電路:放大器的回饋和激勵(excitation)。我們說回饋源要不是並聯匯出(負載兩端的電壓),或者就是串聯匯出(通過負載的電流,表現為與負載串聯阻抗兩端的電壓)。

20180719TA01P1 圖1 路由兩種訊號的四種經典電路。

我們還談到串聯和並聯回饋,其中的訊號與激勵訊號串聯或並聯。在「並聯」情況下,兩個訊號在反相輸入端會合,非反相輸入端接地;在「串聯」情況下,激勵施加到非反相輸入端並回饋到反相輸入端。請注意我繪製和指定激勵訊號源Sp和Sm的方式有些模糊,這是故意這麼做的,因為它們本來都是不理想的。我的意思是,它們可以被認為是與阻抗串聯的理想電壓源,或與阻抗並聯的理想電流源。

現在來看圖2。選擇適當的阻抗值Zt和Zb,以及源訊號電平Sp和Sm,可以實現圖1中四個電路的任意一個。現在使用圖2中更通用的電路。

20180719TA01P2 圖2 使用更通用的電路。

接下來要看的第一種情況是串聯應用(與匯出類型無關)。源Sp具有非零輸出,而Sm是零輸出,因此,Sm只是一個通過其固有阻抗Zm到地的連接,放大器輸出透過Rf-Rg-Zm網路發送電流。真實的運算放大器,比如老牌的TL072,可以接受輸入電流幾乎為零的情況,與所有運算放大器一樣,其輸入級的訊號輸出是最終控制其輸出電壓的電流。在這種情況下,電流來自運算放大器本身,並受兩個(激勵和回饋)輸入電壓之間的壓差控制。傳統上,這顯然是電壓回饋,一個電壓訊號被回饋到反相輸入端,並在那裡進行控制,在這個控制點,進入放大器的電流可以忽略不計。

現在來看並聯回饋。讓我們翻轉訊號源,即Sm現在具有非零輸出,而Sp被歸零。回想一下,並聯應用是被稱為電流回饋,現在我問你:只要改變訊號源的幅度,就能改變電路中的回饋類型嗎?假設兩個訊號源都有非零輸出,那麼還有電壓和電流回饋嗎?假設兩個都是零,還有沒有回饋?(當然如果運算放大器的輸出穩定在0V左右會有力地反擊這個結論。)

這是電流回饋嗎?

我們繼續。這個電流回饋(?)將放大器輸入(流入的電流可以忽略,對嗎?)旁路,並在訊號源Sm終止。如果網路與Sm阻抗的比值很大,那麼它產生的任何影響都可以忽略不計。這還是電流回饋嗎?我認為不是。相反,它是電壓回饋,其運算放大器輸入電壓現在處於零電平和接近零電平的狀態,但只要Sm電平接近Sp電平,它們的壓差基本保持一致(這對該運算放大器來說很重要)。

如果這還不夠有說服力,那麼可以將Rf、Rg和Sm的阻抗加倍。剛剛將流過這些元件的電流減半,因此,設想的電流回饋也必須減半,然而電路的輸出還沒有實質性的變化,因此,它不會受電流回饋的影響。

那麼,電流回饋確實發生過嗎?當然。用一個不同的運算放大器代替TL082,其輸入級的(訊號電流)輸出通過其反相輸入、來自運算放大器外部的某一點,對於訊號的回饋部分,該點是運算放大器的輸出。幾乎將一個或多個發射器連接到該輸入端的任何元件都符合要求(SSM2019是一種選擇,業內稱之為CFA的電流回饋放大器是另一種選擇),幾乎所有進入發射器的元件都會在運算放大器內部的某一點退出其關聯的集電器,構成該輸入級的輸出並決定放大器的輸出。採用並聯應用配置,放大器仍然透過網路驅動電流,並在源Sm終止(多數情況下),但是這一次,電流的一小部分被「剝去」並回饋到運算放大器的反相輸入端,從而對元件的輸出施加所需的控制。當然,這是電流回饋,因為它符合並聯應用的一貫要求。

最後,回到串聯應用的情況,運算放大器的工作當然還是不變。實際上,輸入級輸出的訊號電流仍然來自放大器外部——僅來自運算放大器的輸出。為了看得更清楚,將反相輸入端看到的電路替換為戴維寧等效電路(Thevenin equivalent circuit):利用一個阻值為Rf•Rg/(Rg+Rf)的電阻饋入電壓Vout•Rg/(Rg+Rf)的訊號源。我認為這仍然是電流回饋——放大器輸入級的輸出電流源於運算放大器透過單個電阻的衰減輸出。

你可能會爭辯說,SSM2019/CFA型放大器對差分輸入電壓仍然很敏感,因此仍然是電壓回饋元件(唯一不可能的方式是,如果其低反相輸入阻抗為零,在這種情況下不會出現輸入電壓差)。但是如果同意這個論點,那麼也必須承認TL082的輸入端之間有一個非常大但仍然有限的阻抗,這意味著在這些輸入之間會產生電流,因此TL082是電流回饋元件。

這種推理是站不住腳的。相反,建議按照回饋類型對電路進行分類的方法,對來自放大器輸入級的電流源進行分析。如果電流源是在運算放大器內,則實際上沒有電流從輸出端回饋回來,運算放大器和電路必然以電壓回饋工作;如果電流源來自運算放大器外部的反相輸入端,就可認為這是電流回饋。

由於以上提到的種種原因,應糾正「串聯應用始終是電壓回饋,並聯應用始終是電流回饋」這樣的觀點。是電壓回饋還是電流回饋,應取決於電路的放大器,而不是訊號路由拓撲。

(參考原文: Whatfor art thou, feedback?,by Christopher Paul)