理想的電壓反饋型（VFB）運算放大器

簡(jiǎn)介

運算放大器是線(xiàn)性設計的基本構建模塊之一。在經(jīng)典模式下，運算放大器由兩個(gè)輸入引腳和一個(gè)輸出引腳構成，其中一個(gè)輸入引腳使信號反相，另一個(gè)輸入引腳則保持信號的相位。運算放大器的標準符號如圖1所示。其中略去了電源引腳，該引腳顯然是器件工作的必需引腳。

圖1:運算放大器的標準符號

運算放大器"的標準簡(jiǎn)稱(chēng)是"運放".這一名稱(chēng)源于放大器設計的早期，當時(shí)運算放大器應用于模擬計算機中。(是的，第一代計算機是模擬的，不是數字的。)當這種基礎放大器與幾個(gè)外部元件配合使用時(shí)，可以執行各種數學(xué)"運算",如加、積分等。模擬計算機的主要用途之一體現在第二次世界大戰期間，當時(shí)，它們被用來(lái)繪制彈道軌跡。有關(guān)運算放大器的歷史，請看參考文獻2.

理想的電壓反饋(VFB)模型

理想的電壓反饋(VFB)運算放大器經(jīng)典模型具有以下特征：

1. 輸入阻抗無(wú)窮大

2. 帶寬無(wú)窮大

3. 電壓增益無(wú)窮大

4. 零輸出阻抗

5. 零功耗

雖然這些并不現實(shí)，但這些理想標準決定著(zhù)運算放大器的質(zhì)量。

這就是所謂的電壓反饋(VFB)模型。這類(lèi)運算放大器包括帶寬在10 MHz以下的幾乎所有運算放大器，以及帶寬更高的運算放大器的90%.電流反饋(CFB)是另一種運算放大器架構，我們將在另一教程中討論。圖2總結了理想的電壓反饋運算放大器的屬性。

圖2:理想的電壓反饋運算放大器的屬性

基本工作原理

理想的運算放大器的基本工作原理非常簡(jiǎn)單。首先，我們假定輸出信號的一部分反饋至反相引腳，以建立放大器的固定增益。這是負反饋。通過(guò)運算放大器輸入引腳的任何差分電壓都將與放大器的開(kāi)環(huán)增益(對于理想的運算放大器，該值無(wú)窮大)相乘。如果該差分電壓的幅度在反相(–)引腳上為正且高于同相(+)引腳，則輸出會(huì )變成負。如果差分電壓的幅度在同相(+)引腳上為正且高于反相(–)引腳，則輸出電壓將變成正。放大器的無(wú)窮大開(kāi)環(huán)增益會(huì )嘗試迫使差分輸入電壓變?yōu)榱阒?。只要輸入和輸出處于放大器的工作電壓范圍之內，就?huì )使差分輸入電壓保持于零，輸出為輸入電壓與反饋網(wǎng)絡(luò )決定的增益之積。請注意，輸出對差模電壓而非共模電壓作出反應。

反相和同相配置

有兩種基本方法可以把理想的電壓反饋運算放大器配置為放大器。分別如圖3和圖4所示。

圖3:反相模式的運算放大器級

圖4:同相模式的運算放大器級

圖3所示為反相配置。在該電路中，輸出與輸入反相。該電路的信號增益取決于所用電阻的比值，計算公式為：

圖4所示為同相配置。在該電路中，輸出與輸入同相。該電路的信號增益同樣取決于