Altifigence Academy

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負回授與虛短條件

說明相近的輸入電壓為何取決於正常運作的回授迴路。

開迴路方程式

電壓回授運算放大器在直流可近似為 Vo=A(V+−V−)V_o=A(V_+-V_-),前提是輸出仍在允許範圍內。很大的開迴路增益,表示小的差動輸入能要求很大的輸出。不代表兩個輸入自動相等。實際元件還有輸入偏壓電流與共模限制。

負回授將輸出變化送回反相輸入,降低差動誤差。對穩定線性回授迴路,在增益與輸出裕度足夠時,V− 會接近 V+。這是「虛短」近似。沒有導線將兩個輸入短路;輸出飽和、輸入超出共模範圍或迴路不穩定時,此條件便失效。

有限增益範例

電壓隨耦器將輸出直接連到 V−,並將 Vin 加到 V+。則 Vo=A(Vin−Vo)V_o=A(V_{in}-V_o),增益為 A/(1+A)。A = 100000、Vin = 1 V 時,輸出為 0.999990 V,差動輸入約為 10 μV。結果接近 1 V,是因迴路能修正誤差,而非開迴路輸入方程式消失。

假設 3.3 V 電源下允許輸出範圍為 0.2–3.1 V,要求隨耦器輸出 3.2 V 便違反假設。小誤差預測不再有效。這些限制是教學值;實際選用零件需查其資料表條件、輸出負載與溫度。

檢查回授方向

想像輸出略微增加。在隨耦器中,V− 增加,輸入差降低,要求的輸出便向下移動。這是負回授。若改將輸出接到 V+,可能強化增加,導致類似比較器的狀態;虛短規則無法修正此拓樸。

計算電阻增益前,畫出回授路徑,並辨識輸入與輸出限制。關於放大器架構與補償要求的差異,請參閱 TI 的增益與頻寬說明。

自己試試看

隨耦器的直流開迴路增益為 1000,輸入為 2 V,且符合所有限制。有限增益模型預測什麼輸出?

查看解說

Vo = 2 × 1000/1001 = 1.998002 V。差動輸入為 1.998002 mV。假設閉迴路工作狀態穩定。

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