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什么是运算放大器?

作者:德州仪器(TI)时间:2020-03-21来源:电子产品世界收藏

许多教材和参考指南将运算放大器()定义为可以执行各种功能或操作(如放大、加法和减法)的专用集成电路()。虽然我同意这个定义,但仍需注重芯片的输入引脚的电压。

本文引用地址:http://www.dzszp.com/article/202003/411189.htm

当输入电压相等时,运算放大器通常在线性范围内工作,而运算放大器正是在线性范围内准确地执行上述功能。然而,运算放大器只能改变一个条件来使输入电压相等,即输出电压。因此,运算放大器的输出通常以某种方式连接到输入,这种通常被称为电压反馈。

在本文中,我将解释一个通用电压反馈运算放大器的基本操作,并请您参阅其他内容以了解更多信息。


运算放大器设计

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图1描述了运算放大器的标准示意图符号。有两个输入端( IN+,  IN-)、一个输出端(OUT)和两个电源端( V+,  V-)。这些端的名称可能因制造商而异,甚至单个制造商也可能使用不同的名称,但它们仍然是相同的五个端。

例如,您可能会看到 Vcc 或 Vdd 而不是V+。又或者,您可能会看到 Vee 或 Vss 而不是 V-。电源端子的其他标签会有所不同,因为它们指的是器件内部的晶体管类型。例如,当在运算放大器内部使用双极结型晶体管(BJT)时,电源对应于BJT的集电极和发射极: Vcc 和 Vee 。在运算放大器内部使用场效应晶体管(FET)时,电源标签与FET的漏极和源极相对应: Vdd和 Vss 。如今,许多运算放大器同时包含BJT和FET,因此V+和V-是常见的标签,与器件内部的晶体管无关。简言之,不要太在意引脚标签,只要理解它们的作用即可。

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图1:通用型运算放大器示意图符号

等式1表示运算放大器的传递函数:

(1)

在等式1中, AOL 被称为“开环增益”。在现代运算放大器中,它通常是一个非常大的值(120 dB或1,000,000 V/V)。例如,如果 IN+和 IN-之间的电压差仅为1mV,运算放大器将尝试输出1000V!在这种配置中,运算放大器不在线性区域内工作,因为输出不能使输入彼此相等(记住,理想情况下 In+等于 In-)。因此,运算放大器需要一种方法来控制开环增益,即通过负反馈来实现。

图2描述了作为反馈控制系统一部分的运算放大器。您会注意到输出OUT通过一个标记为ß的块反馈到负输入IN-。ß被称为反馈因子,通常使用电阻来降低输出电压。

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图2:负反馈运算放大器

图3比较了开环运算放大器和负反馈运算放大器。这些  采用的是近乎理想的,加了电源来限制输出电压。注意,对于左侧的开环配置,输出几乎等于正电源(V+)。这是因为输入引脚之间有一个很小的差异(100mV)。这种小电压被开环增益放大,开环增益会强制输出到其中一个电源电压。在图3右侧的负反馈或闭环电路中,运算放大器输出上的分压器需要200 mV的输出电压,以便使反相和同相输入相等。

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图3:开环(左)与负反馈(右)

输入电压的放大称为增益。它是反馈回路中电阻值的函数。等式2描述了图3中右边电路的增益方程,这就是所谓的同相放大器。您将看到计算出的输出电压与仿真相符。如果您想要了解有关此电路(以及其他常见的运算放大器电路,如缓冲器、同相放大器和差分放大器)的更多信息,您可以下载电子书 

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关键词: 运放 IC

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