理想的電壓反饋型（VFB）運(yùn)算放大器

簡(jiǎn)介

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

運(yùn)算放大器"的標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)稱是"運(yùn)放".這一名稱源于放大器設(shè)計(jì)的早期，當(dāng)時(shí)運(yùn)算放大器應(yīng)用于模擬計(jì)算機(jī)中。(是的，第一代計(jì)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(gè)外部元件配合使用時(shí)，可以執(zhí)行各種數(shù)學(xué)"運(yùn)算",如加、積分等。模擬計(jì)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(shí)，它們被用來(lái)繪制彈道軌跡。有關(guān)運(yùn)算放大器的歷史，請(qǐng)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(yùn)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(xiàn)實(shí)，但這些理想標(biāo)準(zhǔn)決定著運(yùn)算放大器的質(zhì)量。

這就是所謂的電壓反饋(VFB)模型。這類運(yùn)算放大器包括帶寬在10 MHz以下的幾乎所有運(yùn)算放大器，以及帶寬更高的運(yùn)算放大器的90%.電流反饋(CFB)是另一種運(yùn)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(yùn)算放大器的屬性。

圖2:理想的電壓反饋運(yùn)算放大器的屬性

基本工作原理

理想的運(yùn)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(hào)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(guò)運(yùn)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(duì)于理想的運(yùn)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(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(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?nèi)，就會(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(qǐng)注意，輸出對(duì)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(yùn)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(yùn)算放大器級(jí)

圖4:同相模式的運(yùn)算放大器級(jí)

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(hào)增益取決于所用電阻的比值，計(jì)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(hào)增益同樣取決于