同相运算放大器

把小信号变得更高

Op amp 是 operational amplifier 的简称，即运算放大器：需要供电并比较两个输入。负反馈把部分输出送回减法输入。同相表示输出保持输入符号。增益是电压比；削顶把所要求的输出限制在电源轨处。 Av 标记线性电压增益，单位 V/V：削顶之前每一伏输入对应的输出伏数。

实验台

改变电路设置，预测读数，再检查挑战结果。这些是教学模型，每课都会说明模型的假设。

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工作原理

理想 0–5 V 放大器，输入电流为零，输出可到达两条电源轨。真实器件有输入范围、输出摆幅、速度和电流限制。模型未经实物测试。

所要求的 Vout = Vin × (1 + Rf/Rg)。Vin 是信号电压，Rf 是反馈电阻，Rg 是到地的电阻，地为 0 V 参考。反馈电压 = Vout × Rg/(Rg + Rf)。只有在线性区才等于 Vin。

难度

搭建 · 观察
通电，输入 0.5 V，两只电阻均为 10 kΩ。读出输出 1 V。
需要提示？
0.5 V; Rg = Rf = 10 kΩ → 1 V
探索 · 调整
输入 0.2 V 时，不发生削顶，得到输出 0.95–1.05 V。
需要提示？
0.2 V; Rg 10 kΩ; Rf 40 kΩ → 1 V
独立解题 · 发现界限
输入 1 V 时，选择至少为 6 的增益。观察输出被限制在 5 V，反馈输入不再等于 1 V。
需要提示？
1 V; Rg 5 kΩ; Rf 25 kΩ → 要求 6 V, 实际 5 V

延伸阅读与电路配方

Rf 与 Rg 相等时，增益为二而不是一，因为公式还加了 1。

输出限制在 5 V、所要求增益为六时，反馈为 5/6 V，低于 1 V 信号。

负反馈不能要求输出超过供电电压。发生削顶时，两输入不再相等。