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分反馈的类比

第八章-运算放大器

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这是一个有助于理解的类比/反馈放大器电路是一个机械杠杆,杠杆两端的相对运动代表输入和输出电压的变化,支点(枢轴点)代表接地点,真实的或虚拟的。

以下面的非反转为例运放电路。从上一节我们知道,非反相放大器配置的电压增益永远不会小于单位(1)。如果我们在放大器原理图旁边画一个杠杆图,支点和杠杆两端之间的距离代表电阻值,杠杆的运动将表示放大器输入和输出端电压的变化:

物理学家称这种输入力(力)作用于支点和输出力(负载)之间的杠杆为a三等杠杆。其特征是输出位移(运动)至少与输入位移(至少为1的“增益”)一样大,且方向相同。对这个运放电路施加一个正输入电压类似于将杠杆上的“输入”点向上移动:


由于杠杆的位移放大特性,“输出”点的移动距离将是“输入”点的两倍,而且方向相同。在电子电路中,具有相同极性的输出电压将等于输入电压的两倍。施加负输入电压类似于将杠杆从其水平“零”位置向下移动,导致放大的输出位移也是负的:

如果我们改变电阻比R2/ R1,我们改变运放电路的增益。在杠杆方面,这意味着移动输入点相对于支点和杠杆端,这类似地改变了机器的位移“增益”:

现在,任何输入信号都会被放大4倍而不是2倍:


反相运放电路也可以用杠杆类比来建模。在反相配置下,反馈分压器的接地点是运放的反相输入,输入在左边,输出在右边。这在机械上等于a一流的杠杆,输入力(力)在支点与输出力(负载)相对的一侧:

用等值电阻(支点两侧杠杆的长度相等),输出电压(位移)与输入电压(位移)的大小相等,但极性(方向)相反。积极的投入会导致消极的输出:

改变电阻比R2/ R1改变放大器电路的增益,就像改变杠杆上支点的位置会改变其机械位移“增益”一样。考虑下面的例子,其中R2是R的两倍大1:


反相放大器但是,配置的增益可能小于1,就像使用一级杠杆一样。扭转R2和R1数值类似于移动支点到其在杠杆上的互补位置:从输出端三分之一的方式。在这里,输出位移将是输入位移的一半: