59、运算放大器：理想与非理想特性解析

运算放大器：理想与非理想特性解析

1. 理想运算放大器的不同配置

理想运算放大器可实现四种不同配置，分别为电压放大器、电流放大器、跨阻放大器和跨导放大器。在负反馈闭环配置中，这四种理想运算放大器的表现相同，两输入之间存在虚拟短路，且输出不受负载影响。

1.1 电流运算放大器实现的反相放大器电路

为说明理想运算放大器的配置不影响电路性能，以电流运算放大器实现的反相放大器电路为例。理想电流运算放大器的输入端子间电阻为零，输出作为电流源具有无限输出电阻，是电压运算放大器的对偶。

通过对运算放大器输入处的电流求和，可得到电路的输出电压。相关公式如下：
- 流经 (R_1) 的电流：(I_1 = \frac{V_{in}}{R_1})
- 流经 (R_2) 的电流：(I_2 = \frac{V_{out}}{R_2})
- 运算放大器的输入电流：(i_i = \frac{V_{out}}{A_i R_2})

由于上述三个电流之和必须为零，可得：
(\frac{V_{out}}{V_{in}} = -\frac{R_2}{R_1} \left[\frac{1}{1 + \frac{1}{A_i}}\right])

当 (A_i = \infty) 时，该电路的增益与理想电压运算放大器实现的反相配置相同。而且，流经 (R_1) 的电流等于流经 (R_2) 的电流，运算放大器的输入电流为零。即使运算放大器输入之间存在物理短路，闭环电路中也只有虚拟短路，因为两端子间无电流流动。理想电流运算放大器的无限增益确保了即使在输出端添加负载，输出也能保持在上述公式所示的值。

1.2