[电路/定理] 什么是运算放大器?探讨运放术语的历史渊源!

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 楼主| xukun977 发表于 2020-4-29 09:24 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 xukun977 于 2020-4-29 09:27 编辑

老话说:经济不独立,人格不独立。
同样道理,搞学术研究,思想不独立,一直死记硬背教材内容,也是万万成不了大咖的。
从来没有哪个牛人,因为能熟料背诵数学而成数学家的,除非是研究文学的,能熟练背诵诗词而上央视的中国诗词大会玩玩。


所以先打预防针,对于喜欢死记硬背教科书的同志,看此贴会有强烈的不适感,请点击屏幕右上方的×号,谢谢!!!

另对于某些天天说“无用论”的朋友----不管你看datasheet,还是说理论,他都说没用!你问他什么有用,他拿出一沓RMB出来炫富,说这个有用。
这类朋友也可以退出了,因为本贴不发钱!


先立好靶子:
现代教科书,绝大多把运放定义成:输入阻抗无穷大、输出阻抗为零,电压增益为∞!

对理想运放还可以有其它要求,例如带宽为∞等,这些对于本贴而言不重要,重要的是上面3个约束条件!!!

如此定义的书籍,可谓俯拾皆是,事实果真如此吗?????

 楼主| xukun977 发表于 2020-4-29 09:43 | 显示全部楼层
本帖最后由 xukun977 于 2020-4-29 09:51 编辑

先就“运放”这个术语的来源,从头复习电子发展史!!


第一个上场的大侠,是布莱克,他先是于1927年提出了反馈的概念,





然后于1930s提出关于反馈放大器的首个研究结果:






第二上场的大侠,是拉加其尼,他于1947年首次提出了【运算放大器】的概念!





请注意:他这个定义,强调是“运算”二字,和今天的运算放大器定义是不同的!



从1940s末,到1970s统治运算放大器概念的人物是拉加其尼和米曼,





请特别注意:
那个时候的运算放大器定义,指的是整个电路,而阴影处的放大器压控模型,叫base放大器!!!
还请注意:这个运放是单端输入,单端输出的!!!



直到1972年,出版物中才出现了我们今天熟悉的运放放大器符号和定义,







请注意:那个时候的运放定义,说只要V1=V2,不管其大小如何,输出Vo就等于0!!!!!!!!


这个定义一直统治到1995年左右!







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 楼主| xukun977 发表于 2020-4-29 09:56 | 显示全部楼层


从1980s到2010年左右,统治运放概念的是微电子学作者赛德和史密斯:








请大家看清楚了,人家这个运放符号,是有4个接线端,而非3个!!!这样做是为了让运放本事满足KCL定律!!!

我前几年指出应该正确地使用这个符号时,有人发帖来正本清源,说我不懂电源是提供能量的,shit!!






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 楼主| xukun977 发表于 2020-4-29 10:13 | 显示全部楼层
本帖最后由 xukun977 于 2020-4-29 10:52 编辑

从上面的复习过程可以看出,即便是世界顶级权威专家,对某个概念的认识,也是一直在改变的,而绝非一动不动的!!!


所以,站在2020年,有没有可能会继续修改运放的定义呢????


先从一个例子入手!

反向放大器,任何一本模电基础教科书都会说的,关于这个电路,教科书上是这么玩的:




一次使用叠加原理,一次使用压控电压源的定义,可得两个式子:





据此可得闭环增益为:




很明显,当AV趋于∞时,AVF等于理想中的-R2/R1




现在,不但默认输入阻抗不是无穷大,输出阻抗不是零,还加个负载电阻RL:





这个电路传递函数是什么?







如果令Av趋于∞,AVF等于多少?






结果可能出乎某些人的意料,AVF仍旧是等于-R2/R1,而这个结果的成立并不依赖于Rin、RO、RL!只要AV趋于无穷大即可。



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 楼主| xukun977 发表于 2020-4-29 11:19 | 显示全部楼层
本帖最后由 xukun977 于 2020-4-29 11:24 编辑

更加令人不安的事实是:

放大器有4种基本类型,除了上面说的电压放大器,还有跨阻、跨导、电流放大器!





倘若把另三种放大器代入上图,然后令相应的跨导或跨阻或电流增益趋向于无穷,结果得到的电压增益都是相同的-R2/R1!!

感兴趣的读者,可以自行推导验证!!!!!

这个事实,之所以令人震惊,因为跨阻放大器和电流放大器,输入阻抗都是零,而非运算放大器所定义的无穷大:






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 楼主| xukun977 发表于 2020-4-29 11:23 | 显示全部楼层

所以,扯了半天犊子,终于可以给运算放大器下定义了。


运算放大器的定义,无需强调输入、输出阻抗,无需强调放大器类型,无需强调是否是差分输入、单端输出,无需强调是不是电压放大器,只需强调一点:增益特别大!!!
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