CR · 运算放大器
理想运放与虚短
运放的增益极大,所以加上负反馈后它会自行把两个输入调成相等。仅凭这一条规则,学习直接从电阻比读出放大器的增益。
用一个电阻比设计增益
滑动反馈电阻比 Rf/Rg。由于虚短,输出变为输入的 (1 + Rf/Rg) 倍。把电阻比调到使输出恰好是输入的3倍。
反馈比 Rf/RgRf/Rg = 0.50
电压增益 G
G = 1 + 0.50 = 1.50
离×3很远
两条规则:虚短与零输入电流
理想运放把两个输入之间的微小电压差放大到近乎无穷。当输出经反馈回到反相输入时,运放调整其输出以把该差值驱至零。结果两个输入电压相等——这就是虚短。同时理想输入电阻为无穷大,所以输入端完全没有电流流入。
两条规则把增益变成电阻比
在同相放大器中,信号进入正输入,而输出经Rf和Rg分压送到负输入。虚短使负输入等于输入电压,零输入电流意味着流过Rg的电流原样流过Rf。解这两个条件,输出变为输入的 1 + Rf/Rg 倍。运放的巨大增益消失,只剩外部电阻比。
所以电路稳定且可预测
单个运放本身的增益变化无常且随温度漂移,但围绕它构建的放大器的增益由两个电阻之比决定。选用精密电阻就得到精密增益。虚短是求解众多电路——反相放大器、加法器、积分器——的第一个把手,只需改变输入接在何处以及反馈如何连接。
观察V− = V+
反馈使两个输入相等。
选择iin = ? (Rin = ∞)
理想输入电阻为无穷大。
填空G = 1 + ?
同相增益是1加电阻比。
自己来G = 3 → RfRg = ?
G = 3 则 Rf/Rg = 2。
回到第一屏
滑动反馈比时,输出长到输入的 (1 + Rf/Rg) 倍,在 Rf/Rg = 2 处恰为3倍。运放本身巨大的增益在公式中无处可寻。正因负反馈把两个输入绑在一起并把输入电流保持为零,增益完全由两个电阻之比掌握。
理想运放具有无穷增益、无穷输入电阻、零输出电阻。加上负反馈后两个输入电压相等(虚短 V+ = V−),输入电流为零。由这两条规则,同相增益为 G = 1 + Rf/Rg,与运放本身增益无关,仅由外部电阻比决定。