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運算放大器內(nèi)部結(jié)構(gòu)、電路符號、參數(shù)概念、特性與應(yīng)用

來源:上海茂碩機械設(shè)備有限公司   2023年05月24日 10:34  

運算放大器,簡稱“運放”,是電力電子中最重要的器件之一,主要作用為:信號放大、信號運算、信號處理、波形的產(chǎn)生和變換。

一、運算放大器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

集成運算放大器內(nèi)部一般由四個單元組成,各單元作用如下


輸入級:一般采用差分放大電路,用來抑制零點漂移。
中間級:由一級或多級放大電路組成,主要是提供足夠高的電壓放大倍數(shù)。
輸出級:電壓增益為1,主要為輸出提供帶載能力。
偏置電路:為各級電路提供靜態(tài)工作點。


二、運算放大器的電路符號和基本特性

運算放大器電路符號


運算放大器的基本特性:
①理想運放開環(huán)放大倍數(shù)為無窮大。

三、運算放大器的幾個參數(shù)概念


②運放輸出電壓不可能超過運放供電電壓(一般十幾伏)。
③理想運放輸入阻抗無窮大。
④理想運放輸出阻抗為零。
虛短與

四、運算放大器的分類

虛斷的概念:
一方面,由于運放的電壓放大倍數(shù)很大,一般通用型運算放大器的開環(huán)電壓放大倍數(shù)都在數(shù)萬倍。而運放的輸出電壓是有限的,一般不超過15V。因此運放的差模輸入電壓不足1mV,兩輸入端電位接近相等,相當于 “短路”。另一方面,由于運放的輸入阻抗非常大(MΩ級),所以流入運放的電流幾乎為零,相當于 “斷路”。
虛短與虛斷主要在涉及運放計算的時候作為已知條件使用。


1.運放為什么必須引入負反饋


引入負反饋,主要是使放大電路工作在線性區(qū),使輸出電壓不超過最大輸出電壓,如果不引入負反饋,由于運行的線性區(qū)范圍很小,其電壓放大倍數(shù)又太大,理想認為無窮大,輸出極易飽和,沒有穩(wěn)定性可言,顯然這不是我們需要的東西。
雖然負反饋是以降低放大倍數(shù)為代價,但本質(zhì)目的是為了改善放大電路的工作性能,如穩(wěn)定放大倍數(shù)、減少非線性失真、擴展通頻帶等,并且降低之后的放大倍數(shù)足夠電路設(shè)計使用,所以在實用放大器中幾乎都引入負反饋。
值得注意的是:"虛斷"在任何情況下都適用,而"虛短"的前提是運放工作在線性區(qū)。



運放特性曲線

2.同相放大和反相放大怎么區(qū)分


看輸入信號Vin從運放的哪一端進去的,如果是反相端進去就是反相放大,從同相端進去的就是同相放大,如果兩個端口都有信號輸入,一般是差分或者加減法運算。


集成運算放大器既可以接成同相放大也可以接成反相放大,那使用同相放大好還是反相放大好呢?

我們先看二者的區(qū)別:
①同相放大器


優(yōu)點:輸入高阻抗,對輸出阻抗很大的電路較有好處。
缺點:放大電路沒有虛地,(除了差模信號外)還有有較大的共模電壓,抗干擾能力相對較差,(用同相放大要有較高的共模抑制比)另一個小缺點就是放大倍數(shù)只能大于1。
②反相放大器
優(yōu)點:兩個輸入電位始終近似為零(同相端接地,反相端虛地),只有差模信號,抗干擾能力強;
缺點:輸入阻抗很小,不適用于前級電路輸出阻抗很大的場合。


3.如何快速判斷運放的反饋類型


①判斷是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋:
串聯(lián)是指反饋信號接在非輸入端;
并聯(lián)是指反饋信號接在信號的輸入端。
②判斷是電壓反饋還是電流反饋:
電壓是指反饋信號取自直接輸出端;
電流是指反饋信號間接的取自輸出端。


4.單電源運放與雙電源運放的區(qū)別


最開始運放都是雙電源供電,一個正電源一個負電源且絕對值相同。后來為了應(yīng)對便攜式設(shè)備低功耗的需求,不少廠家就推出了單電源供電的運放來適應(yīng)這種減少電源個數(shù)降低電源電壓的節(jié)能需求,原有的雙電源供電功能仍然保留;近年來,又出現(xiàn)了純粹的單電源供電(不能使用雙電源)的運算放大器。
優(yōu)缺點比較:雙電源的總動態(tài)范圍、輸出電壓/電流、精度、負載抗干擾性優(yōu)于單電源運放;
單電源的輸入輸出電壓范圍相比供電電源電壓來說更大。
應(yīng)用區(qū)別
a)供電電壓的區(qū)別;
b)單電源供電的同向輸入放大器要求輸入電壓不能為負;
c)單電源供電的反向輸入放大器要求輸入電壓不能為正;
d)單電源供電的運放要放大交流信號必須提供合適的偏置電壓。



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