真實運放、回授與穩定度

開迴路增益(open-loop gain)

開迴路增益是運放原始、未馴服的放大力——沒有任何回授環繞時、晶片獨自運作的增益。它大得驚人:兩輸入間極小的電壓差會被乘上十萬倍以上。想像一支靈敏到連耳語都震聾你的麥克風;那就是開迴路的運放。當原料有用,當成品的放大器卻沒用。

具體而言,直流時的開迴路增益 Aol 通常為 100,000 到一百萬以上,即 100 到 120 dB。乘出來看:兩輸入間 1 mV 的差,乘上 100,000 的增益,要求 100 V 的輸出——遠超電源軌,所以輸出乾脆撞上電源軌而削波。這正是裸運放表現得像比較器而非放大器的原因。關鍵是,開迴路增益並非常數:只有在直流與低頻才巨大,越過往往只在數 Hz 處的內部轉折後,便以每十倍頻 20 dB 衰減。

為何重要:開迴路增益是負回授拿來換取精度、頻寬與低失真的原始資本。誠實的事實是,這個增益飄忽不定——它隨各顆元件、隨溫度、隨負載、隨輸出電壓而變。正是這份不可靠,使我們絕不開迴路使用運放,而是透過回授把大半增益換成一個我們能信賴的適中增益。

典型運放在直流有 110 dB 的開迴路增益(約 320,000 倍)。兩輸入間僅 0.5 mV,理想輸出就是 160 V;實際上它會釘在所能達到的電源軌上。唯有回授能把它馴服成可用的放大器。

巨大卻不可靠——原始增益是回授燃燒的燃料。

規格書上的開迴路增益是直流值。到了音訊頻率它早已大幅下降,這就是為何高增益音訊級在高頻會失去迴路增益(以及抵消失真的能力)。

又稱
AolDC gain開環增益