受控源与放大器
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放大器 (Amplifier)
核心作用
放大器通过放大信号，来达到有效去除噪声的目的。
静态原则 (Static Discipline)
为了让数字电路稳定工作，电路中的所有元件需要达成一个“协议”：
高于某个电压阈值，信号被视为逻辑
1。低于另一个电压阈值，信号被视为逻辑
0。
如下图所示，左边是输入信号的有效范围，右边是输出信号的有效范围。为了保证信号在传输后依然清晰有效，输出端的标准会更加严格。这就要求我们有一个能够“修复”和“增强”信号的设备，即放大器。
图1：输入与输出的电压阈值。输出端的要求更严格，需要放大器来“拉升”信号。
受控源 (Controlled Source)
要构造放大器，就需要受控源。
受控源是一种特殊的电源，其输出的电压或电流受到电路中其他地方的电压或电流的控制。
常见的受控源有四种：
- 压控电压源 (VCVS): 电压控制的电压源。
- 流控电压源 (CCVS): 电流控制的电压源。
- 压控电流源 (VCCS): 电压控制的电流源。
- 流控电流源 (CCCS): 电流控制的电流源。
图2：四种基本受控源的电路符号。
工作示例
如下图电路，电阻 R 两端的电压 v 控制着其所在电路的受控电流源的电流大小。
图3：一个由电压控制电流的电路。
放大器的构建与非线性特性
重要概念：
放大不一定代表“增益”，即输入一个小的变化量获得一个更大的同向变化量。它也可以指输入一个小的变化，使得输出产生大幅度的反向变化（例如急剧下降）。
非线性放大器电路
下面是一个典型的非线性放大器（反相器）电路模型：
图4：一个简单的反相放大器电路。
工作原理：
- 左边的输入电压
VI控制着右边的受控电流源G。 - 当
VI低于某个阈值时，受控电流源的电流为0，此时输出电压Vout等于电源电压VDD。 - 当
VI超过该阈值时，电流源的电流会随着VI的增加而非线性地增长。 - 根据欧姆定律
Vout = VDD - I * R，Vout会随着电流的增长而非线性地减小。
这种非线性关系意味着输入端一个微小的电压变化，可以引起输出端巨大的电压变化。例如：
假设输入
VI从2V变化到2.1V(仅增加0.1V)，输出Vout可能会从3V剧降到2V(变化了1V)。
这种剧烈的变化关系正体现了“放大”的效果。
图5：该放大器的输入-输出电压曲线，呈现典型的 S 型非线性特征。
总结： 这是一个非线性放大器。在函数图像上，线性放大器的增益是恒定的（类似于 ReLU 函数的斜率），而非线性放大器在特定区间的增益极高（类似于 Sigmoid 函数的陡峭部分）。
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