運算放大器是設(shè)計電子電路的一個無處不在的組成部分。如今,這些設(shè)備被制作成小型集成電路,但這個概念在很久以前就開始使用真空管了。1946年有一個專利,用于早期使用OAP放大器概念,盡管當時沒有使用該名稱。1947年,拉格津尼被認為發(fā)明了"運算放大器"。
在20世紀,我在參加模擬計算的大學實驗室課程時遇到了OP安培。利用模擬電路,通過復合補丁板連接加放大器、微分器和積分器,模擬系統(tǒng)。模擬計算的使用正在被數(shù)字計算機取代,所以我不能說我從類中的計算部分得到了很多。我確實學到了很多?輸出放大電路 以及控制系統(tǒng),但這些系統(tǒng)在今天仍然很有價值。
理想運算放大器
為了了解基本的運算放大器功能,我們使用了"理想的運算放大器"的概念。理想的OP放大器是一個電壓控制的電壓源,如 圖1 ,具備以下特征:
1. 無限增益(a) v )及無限帶寬
2. 零輸出阻抗
3. 無限輸入阻抗(零輸入電流)
圖1 理想的OP放大器是一個電壓控制電壓源,具有無限輸入阻抗和零輸出阻抗。
通常包括一個重要的第四個屬性,但只有在對OPAMP應(yīng)用負反饋時,它才有效:
1. 兩個輸入之間的電壓為零
如果你想知道這個運算放大器是如何獲得它的功率的,有兩個電源連接(正和負),通常在討論電路設(shè)計時被忽略(但在連接一個真正的電路時絕對必要)。典型的情況是,提供雙極功率,+/-15V,支持健康的信號擺動。
最酷的是運算放大器對于許多非關(guān)鍵的應(yīng)用程序來說,運算放大器的性能(增益、帶寬、阻抗等)。與電路要求相比,它是如此的好,以至于它們實際上就像理想的運算安培。它們易于設(shè)計,并已成為電子系統(tǒng)的重要組成部分。
OP放大器配置和結(jié)構(gòu)圖
非逆變放大器
我們將看到的第一個常見的運算放大器配置是非逆變放大器( 圖2 )。我總是在想,為什么我們不把它稱為"常規(guī)放大器"配置,或者僅僅是"放大器"呢?"
圖2 非逆變放大器使用兩個電阻提供負反饋的運算放大器。
在此配置中,我們看到從輸出返回到逆變輸入的反饋。這個負反饋意味著屬性#4被調(diào)用,這兩個輸入端總是有零電壓(即。,它們的電壓是一樣的)。由于沒有電流可以流入輸入,所以在非逆輸入處的電壓由R形成的分壓器決定。 1 和R 2 .
重新定位獲得放大器的增益,
請注意,電路的電壓增益并不取決于運算放大器的增益。我們假設(shè)如果放大器的增益是 相當大的 ,然后,足夠的反饋將應(yīng)用于非反向輸入,以產(chǎn)生所需的功能。
讓我們檢查兩個運算放大器輸入之間有零電壓的假設(shè)。假設(shè)非逆變輸入比逆變輸入高幾毫伏。運算放大器的巨大電壓增益將導致輸出增加,這將通過電阻分頻器反饋到 倒置 投入。逆變輸入電壓的增加將導致OP放大輸出減少,直到兩個輸入有相同的電壓。因此,運算放大器的高增益加上負反饋,使輸入電壓保持不變。
緩沖放大器
非反相放大器的一種特殊情況是緩沖放大器(也稱為單位增益放大器或電壓跟隨器)，其電壓增益為1(圖3)。這相當于在非反相放大器配置中使r2零和r1無限。同樣，施加負反饋，使運算放大器輸入之間的電壓為零。這使得一個良好的緩沖放大器，輸入有無限阻抗，輸出具有零阻抗。理想情況下，至少。
圖3緩沖放大器提供無限的輸入阻抗和零輸出阻抗。
反相放大器
另一種常見的pp放大電路是逆變放大器( 圖4 )。顧名思義,輸出電壓以相反極性作為輸入放大。
圖4 逆變放大器產(chǎn)生輸入的負值,按兩個電阻的比例來調(diào)整。
此電路通過注意運算放大器的兩個輸入將在0V進行分析。非逆變輸入連接到地面,逆變輸入將通過電阻反饋驅(qū)動到同一電壓。我們亦注意到現(xiàn)時( 我 通過兩個電阻,因為沒有電流進入逆變輸入的運算放大器。
重新定位獲得放大器的增益,
增益中的減號很重要,在應(yīng)用電路時必須考慮.在某些情況下,這可能無關(guān)緊要,你可能只需要放大輸入信號而不考慮極性的變化。在其他情況下,極性可能是關(guān)鍵的,你的信號可能會被顛倒。
微分放大器
逆變放大器和非逆變放大器可以組合起來創(chuàng)建一個差動放大器(也稱為差動放大器),如圖所示。 圖5 .
圖5 差動放大器產(chǎn)生的輸出電壓是兩個輸入之間的差.
應(yīng)用疊加方法,可以將逆變和非逆變放大器配置的增益方程結(jié)合起來。
五 1 對V 在…中 ,逆變增益保持不變:
第五節(jié) 2 輸入有一個由R構(gòu)成的額外的分壓器 3 和R 4 因此,增益方程變成:
將這兩個方程式結(jié)合起來可以看出:
如果我們設(shè)置R 1 = R 3 和R 2 = R 4 ,方程式減至:
我們假設(shè)我們有理想的運算安培,但是我們沒有說任何關(guān)于電阻的東西。這些電路的增益將取決于電阻的實際值及其公差。這對差動放大器來說尤其如此,因為我們所依賴的是匹配的電阻值。
這些常見的版本放大電路對放大各種模擬信號很有用。理想的運算放大模型幫助我們了解這些電路是如何運算的。
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