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電子元件 · 感測器及模擬訊號

運算放大器與負回饋

負回饋允許運算放大器的閉環增益透過電阻比來設定。其輸出仍然受到電源電壓範圍的限制。

相關實驗:運算放大器 →
運算放大器
運算放大器實驗場景 →

意義與機制

具有大開環增益的放大器,可以透過返回一部分輸出來減少輸入差異。 輸入與輸出之間的連線方向非常重要。

在理想的負回饋電路中,進行線性操作時,假設兩個輸入電壓幾乎相等。反相電路中的虛擬接地與實際使用物理導線的接地存在差異。

關係與條件

反相增益為 −Rf/Rin,正相增益為 1 + Rf/Rin。如果計算出的輸出超過了電源範圍,那麼根據這些方程,電路無法維持所給的線性增益。

該近似方法要求小輸入電流,以及足夠的增益和頻寬。不應用於飽和放大器或正回饋電路時。

觀察實驗中需要注意的事物

反比增益為 −Rf/Rin,正比增益為 1 + Rf/Rin;輸出保持在電源軌內。

輸入電流、偏移、轉速和頻寬已不使用。僅提供飽和度。在螢幕上進行實驗;不要使用實際電源、插座或高電壓進行重複。

關鍵關係與符號

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

符號及公式中使用的單位
符號含義單位
Rf回饋電阻Ω
Rin輸入電阻Ω
Vs供電電壓幅值V

透過範例確認

對於一個非反相電路,如果電阻相同,當輸入為 +4 V 時,在 ±9 V 的電源線上,輸出是多少?

9 V

常見誤解

  • 差分放大器的兩個輸入電壓並非在所有電路和狀態下都相同。

透過實驗探索這個概念

參考文獻

OpenStax · 物理學:大學教材,第二卷 (英文版)