正のフィードバック

これまで見てきたように、負帰還はオペアンプに適用すると非常に便利な原理です。これにより、抵抗値をわずかに変更するだけで、ゲイン、レート、およびその他の重要なパラメータを正確に設定できる、これらすべての実用的な回路を作成できます。負帰還は、これらすべての回路を安定させ、自己修正します。

負帰還の基本原理は、出力が平衡状態（バランス）を作り出す方向に駆動する傾向があるということです。フィードバックのないオペアンプ回路では、補正メカニズムはなく、出力電圧は入力間に印加される最小量の差動電圧で飽和します。結果はコンパレータです：

負のフィードバック（出力電圧が何らかの形で反転入力に「フィードバック」される）では、回路が出力を完全に飽和させるのを妨げる傾向があります。むしろ、出力電圧は、2つの入力の電圧のバランスをとるために必要なだけ高くまたは低く駆動します。

出力が反転（-）入力に直接フィードバックされる場合でも、コンポーネントのセットを介して結合される場合でも、効果は同じです。オペアンプの非常に高い差動電圧ゲインが「調整」され、回路はそれに応じて応答します。出力を反転入力に接続するフィードバック「ループ」の指示に。

オペアンプで正のフィードバックはどのように機能しますか？

別の種類のフィードバック、つまり正のフィードバック 、オペアンプ回路にも応用できます。出力電圧が反転（-）入力に「フィードバック」される負のフィードバックとは異なり、正のフィードバックでは、出力電圧は何らかの形で非反転（+）入力に戻されます。最も単純な形式では、出力から非反転入力にまっすぐなワイヤーを接続して、何が起こるかを確認できます。

反転入力はフィードバックループから切断されたままであり、外部電圧を自由に受け取ることができます。反転入力を接地するとどうなるか見てみましょう：

反転入力が接地されている（ゼロボルトに維持されている）場合、出力電圧は非反転入力の電圧の大きさと極性によって決まります。その電圧がたまたま正の場合、オペアンプはその出力も正に駆動し、その正の電圧を非反転入力にフィードバックします。これにより、出力が完全に正に飽和します。一方、非反転入力の電圧がたまたま負で始まった場合、オペアンプの出力は負の方向に駆動され、非反転入力にフィードバックされ、完全に負の飽和状態になります。

ここにあるのは、出力が双安定である回路です。 ：2つの状態（飽和正または飽和負）のいずれかで安定しています。それらの飽和状態の1つに達すると、変化せずにその状態のままになる傾向があります。状態を切り替えるために必要なのは、同じ極性の反転（-）入力にかかる電圧ですが、大きさがわずかに大きくなります。たとえば、回路が+12ボルトの出力電圧で飽和している場合、出力を変更するには、少なくとも+12ボルトの反転入力で入力電圧が必要になります。変化すると、完全にネガティブに飽和します。

正のフィードバックはどのように役立ちますか？

正のフィードバックを備えたオペアンプは、すでにある出力状態にとどまる傾向があります。飽和した正または飽和した負の2つの状態のいずれかの間で「ラッチ」します。技術的には、これはヒステリシスとして知られています。 。

ヒステリシスは、コンパレータ回路が持つ有用な特性です。これまで見てきたように、コンパレータを使用して、あらゆる種類のランプ波形（正弦波、三角波、のこぎり波など）の入力から方形波を生成できます。入力AC波形にノイズがない場合（つまり、「純粋な」波形）、単純なコンパレータで問題なく動作します。

ただし、高調波や「スパイク」など、1サイクルのタイムスパン内で電圧が大幅に上下するような異常が波形に存在する場合、コンパレータの出力が予期せず状態を切り替える可能性があります。

基準電圧レベルに遷移があるときはいつでも、その遷移がどんなに小さくても、コンパレータの出力は状態を切り替え、「グリッチ」のある方形波を生成します。

コンパレータ回路に少し正帰還を加えると、出力にヒステリシスが導入されます。このヒステリシスにより、AC入力電圧がメジャーを受けない限り、出力は現在の状態のままになります。 大きさの変化。

このフィードバック抵抗が作成するのは、コンパレータ回路のデュアルリファレンスです。入力AC電圧と比較するための基準として非反転（+）入力に印加される電圧は、オペアンプの出力電圧の値に応じて変化します。オペアンプの出力が正に飽和すると、非反転入力のリファレンス電圧は以前よりも正になります。逆に、オペアンプ出力が負に飽和すると、非反転入力のリファレンス電圧は以前よりも負になります。結果はグラフで理解しやすくなります：

オペアンプの出力が正に飽和すると、上限基準電圧が有効になり、AC入力が 上に上昇しない限り、出力が負の飽和レベルに低下することはありません。 その上位参照レベル。逆に、オペアンプの出力が負に飽和すると、より低い基準電圧が有効になり、AC入力が を下回らない限り、出力は正の飽和レベルに上昇しません。 その低い参照レベル。その結果、AC入力信号にかなりの量の歪みがあるにもかかわらず、再びクリーンな方形波出力が得られます。 「グリッチ」によってコンパレータが1つの状態から別の状態に切り替わるには、少なくとも上限と下限の基準電圧レベルの差と同じ大きさ（高さ）で、適切な時点である必要があります。これらの両方のレベルを超えます。

オペアンプ回路における正帰還の別の用途は、発振回路の構築です。 オシレーター は、交流（AC）または少なくともパルス出力電圧を生成するデバイスです。技術的には、保存可能として知られています。 デバイス：安定した出力状態がありません（平衡状態がまったくありません）。発振器は非常に便利なデバイスであり、オペアンプといくつかの外付け部品だけで簡単に作成できます。

出力が正に飽和すると、V _ref は正になり、コンデンサは正の方向に充電されます。 V _ランプの場合 V _ref を超える 最も小さなマージンで、出力は負に飽和し、コンデンサは反対方向（極性）に充電されます。正のフィードバックが瞬間的であり、負のフィードバックが（RC時定数によって）遅延するため、発振が発生します。この発振器の周波数は、コンポーネントのサイズを変えることで調整できます。

レビュー：

• 負のフィードバックは平衡状態を作成します （残高）。正のフィードバックは、ヒステリシスの状態を作り出します （2つの極端な状態のいずれかで「ラッチ」する傾向）
• オシレーター は、交流またはパルス出力電圧を生成するデバイスです。

関連ワークシート：

• 正のフィードバックオペアンプ回路ワークシート