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運放的基礎講解

2022-10-18
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來源:CSDN

運放基礎講解

1、集成運放的內部組成單元

??? 在了解運放之前,需要對集成運放的內部單元作一個簡單的講解。集成電路運算放大器

種類很多,功能也多,電路也不一致,但是其內部結構框圖基本上是一致的。由三部分組成:輸入級,中間級,輸出級。輸入級由差分放大電路組成,利用他的電路對稱性可提高整個電路的性能。中間電壓放大級的主要作用是提高電壓增益,它可以由一級或多級放大電路組成;輸出級的電壓增益為1,但能為負責提供一定的功率,電路由兩個電源V+和V-供電。整個電路設計成兩個輸入端P和N,一個輸出端O。三端的電壓分別用Vp,Vn,和Vo表示,P、N兩端分別稱為同相輸入端和反相輸入端,意即當P端加入電壓信號Vp(Vn = 0)時,在輸出端得到的電壓Vo與Vp同相;當在N端加入電壓信號Vn(Vp = 0)時,在輸出端得到的輸出電壓Vo與Vp反相。一個世紀的集成運放,P、N與O端的電壓信號的之間的關系是確定的。

?? 輸出電壓Vo與差分放大輸入級的兩個輸入端的關系:????? ?

Vo = Av(Vp - Vn)

2、運算放大器的電路模型



3、基本線性運放電路

3.1同相放大電路

1、基本放大電路及負反饋

?如下圖所示,輸入信號Vi(=Vp)加到運放的同相輸入端之間,從這里引入負反饋

基本概念來分析電路。

Vp(Vi) 變大

由Vo = AV(Vp-Vn)有 Vo變大

通過反饋電路R2和R1,Vo為正,則反饋電壓Vn亦為正,則凈輸入

Vid =Vi-Vf=Vp-Vn比無反饋時減少了,即Vn抵消了Vi的一部分,使放大電路的

輸出電壓減小了,即Vn抵消了Vi的一部分,使放大電路的輸出電壓Vo減小了,

放大電路的電壓增益Av =Vo/Vi 也減小了,因而這時引入的反饋是負反饋。




?????????? 圖3.3.1 同相放大電路


3)? 輸出電阻Ro

根據求輸出電阻的方法,將信號源Vi置0,則運放內的受控電壓源也為零。同時因為理想運放的輸出電阻 = 0,盡管輸出端還有其他并聯支路。但從輸出端口看進去的輸出電阻Ro =

????????? 故有? Ro—>0

3、電壓跟隨器

????? 將同相放大器中,R1 = ∞,R2 = 0,則得Vi = Vp =Vn

?????????????? Av =


?????????? 圖3.3.2? 電壓跟隨器

3.3 反相放大電路

1、基本電路

???? ?

????????????????? 圖3.3.3? 反相放大電路

??? 輸入電壓Vi通過R1作用于運放的反相端,由虛短的概念可知,Vn= Vp =0,因此反相輸入端的電位接近于地電位,故稱虛地,如圖2.3.3所示。

??? 虛地的存在是反相放大電路在閉環工作狀態下的重要特征

2、重要特征

1)閉環電壓增益

Av = Vo/Vi = -R2/R1

2)輸入輸出電阻電阻

???????? Ri = Vi/= R1

??? 同同相放大電路類似,Ro –>0.

?

由上面可知,輸入電阻是反相放大電路的一個小小缺點,當需要高輸入電阻時,就需要想其他辦法了。可以使用T型網絡反相輸入放大電路來提高輸入電阻,同時使系統保持穩定,同時可以高增益。

?

3.3 同相輸入和反相輸入放大電路的其它應用

3.2.1 求差電路

如圖3.3.4所示電路是用來實現兩個電壓Vi1、Vi2相減的求差電路,又稱差分放大電路。從電路的結構來看,它是反相輸入和同相輸入相結合的放大電路。

? 根據虛短和虛斷的概念,對節點n和p的電流方程然后推導得:

?????? ?

? 在上式中,如果選取阻值滿足R4/R1 =R3/R2 的關系,輸出電壓可簡化為

??????? ?

比例系數為
???? ?
??????????????????? 圖3.3.4 差分放大電路

1)? 輸入電阻Ri

輸入電阻Ri是從輸入端看進去的電阻,當電路中R1 = R2 =R3 =R4時,利用虛短
和虛斷(i = 0)的概念。在(Vi2-Vi1)作用下,可得輸入Vi2 端口的電流等于流出Vi1端口的電流,則輸入電壓

?????????????????
???????????? ?

? 2) 輸出電阻 Ro

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