由于OP增幅器的主要功能是维持dynamic range的稳定,因此接着要以反增幅电路与非反增幅电路两个基本电路为例,同时透过实验手法介绍有关供给OP增幅器最适切的电源供给方法、单电源的使用方法、电源line的处置,以及对低阻抗负载的处置方法等等。
信号增幅时OP增幅器的动作特性
两输入端子之间的电压差恆时为0伏特
可对OP增幅器施加负归返的基本增幅电路可分为输入信号反转,以逆相位输出的「反转增幅电路」(图14),以及输入信号未反转以同相位输出的「非反转增幅电路」 (图15)两种。如图14与图15所示,施加负归返的OP增幅器输入端子之间的电压差恆时为0伏,该状态称为「virtual shoot」或是假想短路。
假设图14的OP增幅器为理想性,由于Gain A为无限大,所以两输入端子之间的电压差,依照下式计算结果为0伏特。
即使R1与R2的阻抗相同,不过反转增幅电路的GainGI 与非反转增幅电路的GainGN却相异,主要原因是反转增幅电路的输入电压被分压成R2/(R1+R2),再施加于增幅器所致,亦即GI与GN 的关系可用下式表示:
图14 反转增幅电路的增幅动作机制
图15 非反转增幅电路的增幅动作机制
virtual shoot的应用实例
设计人员若能巧妙利用virtual shoot的思考模式,即使是OP增幅器电路的Gain亦可轻易求得,以图14、图15为例,类似V1=0 或是V1=v1 的场合,都可以利用virtual shoot计算Gain。也就是说反转增幅电路的输出入之间的GainGI,可用virtual shoot的概念求得:
GI=-R2/R1
非反转增幅电路的输出入之间的GainGN,亦可用virtual shoot的概念求得:
GN=(R2/R1)+1
图14与图15的「槓桿」图示为virtual shoot的基本概念,设计者若能熟谙virtual shoot的动作原理,就可轻易求得复杂电路的Gain。由于不论是何种增幅器基本上信号都是从输出端反转归返至输入端,因此对输出电压的比为R1/(R1+R2) ,该比率又称为归返率,一般是用β表示。值得注意的是反转增幅电路的输入信号被分压成R2/(R1+R2),再施加于OP增幅器的反转输入端子,由于上述分压的影响,即使相同的归返率β,反转增幅电路的GainGI比非反转增幅电路小一位数,进而造成「槓桿」的支点不是输入电压而是0伏特。