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电子元件 · 传感器及模拟信号

运算放大器与负反馈

负反馈允许运算放大器的闭环增益通过电阻比来设定。其输出仍然受到电源电压范围的限制。

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意义与机制

具有大开环增益的放大器,可以通过返回一部分输出来减少输入差异。 输入与输出之间的连接方向非常重要。

在理想的负反馈电路中,进行线性操作时,假设两个输入电压几乎相等。反相电路中的虚拟接地与实际使用物理导线的接地存在差异。

关系与条件

反相增益为 −Rf/Rin,正相增益为 1 + Rf/Rin。如果计算出的输出超过了电源范围,那么根据这些方程,电路无法维持所给的线性增益。

该近似方法要求小输入电流,以及足够的增益和带宽。不应用于饱和放大器或正反馈电路时。

观察实验中需要注意的事物

反比增益为 −Rf/Rin,正比增益为 1 + Rf/Rin;输出保持在电源轨内。

输入电流、偏移、转速和带宽已不使用。仅提供饱和度。在屏幕上进行实验;不要使用实际电源、插座或高电压进行重复。

关键关系与符号

A_反相 = −Rf/Rin · A_同相 = 1+Rf/Rin · Vout = clamp(AVin,−Vs,Vs)

符号及公式中使用的单位
符号含义单位
Rf反馈电阻Ω
Rin输入电阻Ω
Vs供电电压幅值V

工作实例

对于一个非反相电路,如果电阻相同,当输入为 +4 V 时,在 ±9 V 的电源线上,输出是多少?

9 V

常见误解

  • 差分放大器的两个输入电压并非在所有电路和状态下都相同。

通过实验探索这个概念

参考文献

OpenStax · 物理学:大学教材,第二卷 (英文版)