信號鏈基礎(chǔ)知識1：最基本的構(gòu)建塊--運算放大器

　　該系列文章主要著眼于模擬信號鏈的基本構(gòu)建塊。第一部分主要探討運算放大器。歡迎來到信號鏈基礎(chǔ)知識系列，這些是描述模擬信號鏈如何運行的文章。在本文中，我們所探討的話題包括模擬信號處理以及支持這些功能所必須的器件。歡迎多提保貴意見和建議，他們甚至有可能成為未來探討的話題。

　　基本的構(gòu)建塊--運算放大器Block

　　信號鏈最基本的構(gòu)建塊是運算放大器 (op amp)(請參見圖 1)。最簡單的運算放大器其實就是一個具有無限輸入阻抗差動輸入的器件和一個具有趨向于無窮大增益的壓控電壓源。僅僅依靠這些特性的作用微乎其微，但是在使用了各種反饋技術(shù)以后，其就變成一款極為有用的器件了。

　　圖 1 理想的運算放大器

　　從該電路中可以看到的理想的運算放大器的傳輸函數(shù)為：

　　如果 Aol(開環(huán)增益)的值非常大，那么該電路幾乎沒有什么價值可言。一項有關(guān)產(chǎn)品數(shù)據(jù)規(guī)范的調(diào)查研究表明，在生產(chǎn)過程中我們無法對 Aol 的絕對值進(jìn)行嚴(yán)格控制。不過可以通過添加負(fù)反饋來解決該問題，如圖 2 所示。

　　圖 2 具有反饋功能的理想的運算放大器

　　由于在輸入引腳上可以沒有電流，因此流經(jīng) Ri 的電流必須要與流經(jīng) Rf 的電流相等。用方程式表示如下：

　　將兩項合并、設(shè)置 V2=0 并假設(shè)開環(huán)增益非常大，從而得出標(biāo)準(zhǔn)閉環(huán)增益 (Acl) 方程式：

　　請注意，從第一個方程式可以看出運算放大器對輸入電壓之間的差進(jìn)行了放大。只要運算放大器在線性模式下運行，則輸入引腳就會處于相同的電壓(請參見圖 3)。

　　圖 3 反相運算放大器結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)電路圖

　　對于非反相結(jié)構(gòu)而言，該增益方程式的結(jié)果略有不同(請參見圖 4)。

　　圖 4 非反相運算放大器的結(jié)構(gòu)

　　如果 Aol 的值非常大，那么增益方程式則簡化為：

　　傳輸函數(shù)的完整開發(fā)可以在下方相關(guān)的工具選項中看到。該函數(shù)開發(fā)還適用于 Aol 小于無窮大的情況。

　　首先了解這一基本構(gòu)建塊可以完成大量模擬計算電路的配置工作。在未來的文章中，將多次用到此處產(chǎn)生的這三個基本概念：即 Aol 值非常大時的增益方程式、限定 Aol 值時的增益方程式以及運算放大器對輸出的驅(qū)動，如將輸入引腳保持在相同的電壓上。

　　工具選項：閉環(huán)增益方程式的開發(fā)

　　對于非反相結(jié)構(gòu)而言：

　　當(dāng) Aol 值非常大時，則該方程式則簡化為：

　　這是理想條件下的閉環(huán)增益方程式，其中 Aol 值非常大。當(dāng)開環(huán)增益小于理想條件時，實際的閉環(huán)增益方程式將變?yōu)椋?/p>

　　由于 Aol 值將總是小于無窮大，因此在增益方程式中總會存在一些誤差。通常， Aol 值可以足夠大，從而該誤差可以忽略不計。

　　反相條件下相似的函數(shù)開發(fā)：

　　當(dāng) Aol 值非常大時，該方程則簡化為：

　　這是理想條件下的閉環(huán)增益方程式，其中 Aol 值非常大。當(dāng)開環(huán)增益小于理想條件時，實際的閉環(huán)增益方程式將變?yōu)椋?/p>

　　請注意，此處的 Acl 值為非反相 Acl 值。