运算放大器的大变身:从反向到同向,随心放大!
21ic 2024-02-21

运算放大器(OPAMP)

2 虚短和虚断

3 反向放大器

3.1 典型电路

3.2 放大倍数

3.3 仿真结果

4 同向放大器

4.1 双电源

4.2 双电源同向放大器仿真结果

4.3 单电源

4.4 双电源同向放大器仿真结果

5 总结

1 运算放大器(OPAMP)

集成运算放大器有同向输入端和反向输入端,具体如下图所示;


输出电压 满足关系 ,集成运放最终放大的是差模信号,在没有引入反馈的情况下,电压的放大倍数为差模开环放大倍数,这里记作 ,因此当运放工作在线性区域的时候,满足


集成运放的电压传输特性如下图所示;

工作在线性区的时候,则曲线的斜率为电压的放大倍数;

工作在非线性区的时候,即处于饱和状态的情况下,输出电压为 或 ;

2 虚短和虚断

虚短前面提到,集成运算放大器的开环放大倍数很大,一般通用型的运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB以上,但是运放的输出电压是有限制的,一般 在10V~14V,然而运放的差模输入电压不足1 mV,因此可以输入两端可以近似等电位,就相当于 短路。 开环电压放大倍数越大,两输入端的电位越接近相等,这种特性称之为虚短。

虚断集成运算放大器具有输入高阻抗的特性,一般同向输入端和反向输入端的输入电阻都在1MΩ以上,所以输入端流入运放的电流往往小于1uA,远小于输入端外电路的电流。所以这里通常可把运放的两输入端视为开路,并且运放的输入电阻越大,同向和反向输入两端越接近开路。在运放处于线性状态时,根据这个特性可以把两输入端视为等效开路,简称虚断。

3 反向放大器

3.1 典型电路


3.2 放大倍数

根据虚短和虚断,可以求出运算放大器的放大倍数:

假设流过电阻 的电流为 ;流过电阻 的电流为 ;

假设运算放大器同向输入端电压为 ,反向输入端电压为 ;

根据虚短,可以得到:

根据虚断,可知电阻 和 为串联关系:则满足:

最终求代数式可以得到:

3.3 仿真结果

为 频率50Hz,幅值为 500mV的正弦波,具体设置如下图所示;*[HTML]:


增益 ;

所以输入输出关系为:

仿真结果如下图所示;

4 同向放大器


4.1 双电源

同向放大器同样可以使用虚短虚断去分析;具体电路如下图所示;推导过程:


假设流过电阻 的电流为 ;流过电阻 的电流为 ;

假设运算放大器同向输入端电压为 ,反向输入端电压为 ;

根据虚短,可以得到:

根据虚断,可知电阻 和 为串联关系:则满足:

最终求解得到:

4.2 双电源同向放大器仿真结果

为 频率50Hz,幅值为 500mV的正弦波,具体设置如下图所示;


增益 ;

所以输入输出关系为:

仿真结果如下图所示;


4.3 单电源

与上面双电源供电不同,如果运算放大器使用单电源,为了输出正常,如果使用单电源供电,非反向放的OP放大器必须与地线关联,如果 是接地,那 输入端需要有 的压降,这个可以通过电阻分压得到。单电源的电路如下图所示;


这里增加了两个20KΩ的分压,在 端增加了2.5V的输入电压。

4.4 双电源同向放大器仿真结果

输入与上面的实验相同此处不再赘述;

增益 ;

所以输入输出关系为:

5 总结

本文分析的运算放大器都是比较常用且简单的类型,当前只给出了如何计算输入和输出的关系,如果作为硬件设计人员,还需要关注更多的细节,更多运算放大器的指标,失调电压,温漂等等,笔者能力有限,无法进行分析,如果单纯作为读懂一般的运算放大电路还是够用的。

声明: 本文转载自其它媒体或授权刊载,目的在于信息传递,并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责,如有新闻稿件和图片作品的内容、版权以及其它问题的,请联系我们及时删除。(联系我们,邮箱:evan.li@aspencore.com )
0
评论
  • 对话周祖成教授 - 清华大学与西门子EDA的合作之旅


  • 相关技术文库
  • 模拟
  • 模电
  • 运放
  • 放大
下载排行榜
更多
评测报告
更多
EE直播间
更多
广告