模拟电子技术之运算放大器「建议收藏」

全栈程序员-站长 • 2022年5月11日下午10:20 • 未分类 • 阅读 42

模拟电子技术之运算放大器「建议收藏」上一篇文章对放大电路做了简单的介绍,相信大家对”放大”这个概念已经有了一定的了解,下面我们来看一下运算放大器运算放大器及其信号放大运算放大器的基本线性应用1.运算放大器及其信号放大集成运算放大器是一种应用极为广泛的模拟器件。用集成运算放大器可以非常方便地实现信号的放大、运算、变换等各种处理。常见的运放电路符号有矩形和三角形两种电路符号这里我们采用三角形符号端口意义运算放大器正常工作时，必须提供工作电源，通常正负电源的连接方式为:实际运放外部引脚实例来看一下实际的电子元器件:运

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

上一篇文章对放大电路做了简单的介绍,相信大家对”放大”这个概念已经有了一定的了解,下面我们来看一下运算放大器

运算放大器及其信号放大
运算放大器的基本线性应用

1. 运算放大器及其信号放大

集成运算放大器是一种应用极为广泛的模拟器件。用集成运算放大器可以
非常方便地实现信号的放大、运算、变换等各种处理。

常见的运放电路符号有矩形和三角形两种

电路符号

在这里插入图片描述
这里我们采用三角形符号

端口意义

运算放大器正常工作时，必须提供工作电源，通常正负电源的连接方式为:
在这里插入图片描述

实际运放外部引脚实例

来看一下实际的电子元器件:
在这里插入图片描述

运算放大器的电路模型

这里同样可以用端口等效模型来表述运算放大器
在这里插入图片描述

运算放大器的传输特性

在这里插入图片描述
运放的增益越高，线性区的直线越陡，输入电压的线性范围越小

由于输入电阻很大，输出电阻很小，所以经常将这三个参数理想化:
在这里插入图片描述

即增益和输入电阻趋于无穷大，输出电阻趋于零，从而得到运放的理想模型:

相应的,电压传输特性线性区的斜线也会近似为垂线:
在这里插入图片描述

因为输出电压为有限值,而增益趋于无穷大,所以在线性工作区两个输入端电压差趋于零,也就是同相端电压约等于反相端电压,常称为”虚短“

另一方面,由于输入电阻趋于无穷大,所以两输入端的电流也约等于零,常称为”虚断“

讲了这么多,那怎么用运算放大器放大信号呢?
在这里插入图片描述
像这样直接将信号加在运放的两输入端之间,理论上是可以放大信号的,前提是Vi足够小,保证运放工作在线性区

但实际上,这个要求很难满足,换句话说,信号通常会导致运放进入饱和区,无法实现信号的线性放大,当输入正弦波时,输出会明显失真

实际应用时,线性放大时都需要引入负反馈。所谓反馈,是将输出电量送回到输入的过程:

负反馈将减小原来加到放大器输入端的信号,这样容易满足线性区的工作要求:
电压增益:

输入电阻约等于无穷大:

在输出端口,尽管还有其他并联支路,但是因为理想运放的输出电阻约为0,所以输出电阻约等于0:
在这里插入图片描述

2. 运算放大器的基本线性应用

电压跟随器

当直接将运放的输出端与反相端连接,就构成了一种特殊而常用的电路:
在这里插入图片描述
电路的电压增益为1,输出信号与输入信号是同相的,并且输入电阻无穷大

实际上,他是同相放大电路的一种形式

电压跟随器可以消除负载对电压信号源的影响,这种作用常称为”隔离”或”缓冲”

电压跟随器对电压增益的贡献:
在这里插入图片描述

反相放大电路

如果将同相放大器的信号输入端与接地端互换,那么电路就变成了反相放大电路:

在这里插入图片描述
增益为负号意味着相位与输入电压的相位是相反的

如果R1与R2相同,那么电路就是纯粹的反相器

可以做一下对比:

另外,电阻的取值也很重要,比如要放大100倍:
在这里插入图片描述这时的R2电阻偏大了

改进方法是将R2支路,改为三个电阻的星型结构:
在这里插入图片描述

利用虚短和虚断,列出反相端和M点的电流方程,很容易就能推出电路的增益:

在这里插入图片描述
这时所有电阻取值都不超过1兆欧

求和电路

在反相放大电路的基础上构成加法电路:
在这里插入图片描述

求差电路

在这里插入图片描述

积分电路

在反相放大电路的基础上,将电阻R2换成电容C,便构成了积分电路:

负号表示相位相反,下面是相应曲线:
在这里插入图片描述
需要注意的是,输出电压并不能一直随着时间持续增加,因为运放的输出电压增大到一定程度后会进入饱和区

在实际中,这种积分电路常常不能正常工作,因为运放输入端的偏置电流会对电容有一个直流的充电,尽管这个电流很小,但随着时间的推移,最终都会导致运放进入饱和状态。

所以实际的积分电路,通常会在电容旁并联一个大电阻,避免运放工作进入饱和区:

在这里插入图片描述

微分电路

如果将积分电路的电容和电阻的位置互换,电路就构成了微分电路:
在这里插入图片描述

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