理想的電壓反饋型（VFB）運算放大器

簡介

運算放大器是線性設(shè)計的基本構(gòu)建模塊之一。在經(jīng)典模式下，運算放大器由兩個輸入引腳和一個輸出引腳構(gòu)成，其中一個輸入引腳使信號反相，另一個輸入引腳則保持信號的相位。運算放大器的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)符號

運算放大器"的標(biāo)準(zhǔn)簡稱是"運放".這一名稱源于放大器設(shè)計的早期，當(dāng)時運算放大器應(yīng)用于模擬計算機(jī)中。(是的，第一代計算機(jī)是模擬的，不是數(shù)字的。)當(dāng)這種基礎(chǔ)放大器與幾個外部元件配合使用時，可以執(zhí)行各種數(shù)學(xué)"運算",如加、積分等。模擬計算機(jī)的主要用途之一體現(xiàn)在第二次世界大戰(zhàn)期間，當(dāng)時，它們被用來繪制彈道軌跡。有關(guān)運算放大器的歷史，請看參考文獻(xiàn)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. 輸入阻抗無窮大

2. 帶寬無窮大

3. 電壓增益無窮大

4. 零輸出阻抗

5. 零功耗

雖然這些并不現(xiàn)實，但這些理想標(biāo)準(zhǔn)決定著運算放大器的質(zhì)量。

這就是所謂的電壓反饋(VFB)模型。這類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(gòu)，我們將在另一教程中討論。圖2總結(jié)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(fù)反饋。通過運算放大器輸入引腳的任何差分電壓都將與放大器的開環(huán)增益(對于理想的運算放大器，該值無窮大)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，則輸出會變成負(fù)。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。放大器的無窮大開環(huán)增益會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?nèi)，就會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(yīng)。

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