当前位置:首页 > 技术学院 > 技术前线
[导读]运算放大器(简称“运放”)是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中,通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。它是一种带有特殊耦合电路及反馈的放大器。其输出信号可以是输入信号加、减或微分、积分等数学运算的结果。由于早期应用于模拟计算机中用以实现数学运算,因而得名“运算放大器”。

首先我们来讲讲在模电中,各种放大倍数符号的对比:

A: 增益或放大倍数的通用符号

Ac: 共模电压放大倍数

Ad: 差模电压放大倍数

Ai: 电流放大倍数

Au: 电压放大倍数

Auf: 有反馈时的电压放大倍数

Aus: 考虑信号源内阻时的电压放大倍数

然后,放大倍数指的是什么呢?

放大作用是针对变化量而言的,对于放大电路而言,其放大倍数指的是输出信号与输入信号的变化量之比。对于电压放大倍数或者电流放大倍数,其输入与输出的变化量也不一样。

放大电路种类

当我们在讨论放大器之前,我们首先要知道放大器的虚短(短路)和虚断(断路)是怎么回事?

由于运放的电压放大倍数很大,一般的通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在 80 dB 以上(即1万倍以上)。而运放的输出电压是有限的,一般在 10 V~14 V。因此可以推算出运放的差模输入电压不足 1 mV,两输入端近似等电位,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。

“虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时,可把两输入端视为等电位,这一特性称为虚假短路,简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。虚短得出正负输入端等电位的结论。

虚短的存在是有条件的,这个条件是“运放要处于放大状态且开环增益很大”,(因为要确保运放的开环增益很大,运放处于不同的工作状态会影响开环增益,比如进入饱和区的开环增益A与放大区的开环增益A是不同的!因此才要运放处于放大状态)要满足这个条件只有两种状态:

在开环电路中,输入两端的电压差非常小,不会让运放饱和;

在闭环的深度反馈电路中。

“虚断”相对于“虚短”理解起来就容易多了,即电流流向运放输入端几乎为零,在上图中体现在 I1 等于 I2 ,这是由于运放输入差模电阻很大,理想运放可近似看为无穷大,如果输入差模电阻是无穷大也就是开路了,所以并没有电流流入,实际运放虽说不是无穷大,但是这个值很大,一般都在 1MΩ 以上,因此流向运放输入端电流很小(可以反推,如果电流为 1mA,就会产生很高的输入差模电压,显然运放不能正常工作了),因此可以近似看为断路,并不是真正的断路,也就是“虚断”。虚断的存在是无条件的,因为这是由它的内部结构决定的,输入电阻大,电流进不去。虚断得出电流不流入流出放大器输入端,而外端电流相等的结论。

电压跟随器

当我们在日常的工作中,经常能够看到这样的原理图出在电路图中,我们如何知道它的输出电压和放大倍数呢?

首先,我们来说这个结构是电压跟随器,实现的是输出电压跟随输入电压的变化的一类电子元件。也就是说,电压跟随器的电压放大倍数恒小于且接近1。由上面讲到的虚短性质,很容易得到Ui=Up=Un=Uo。

电压追随器的作用:

缓冲:在一定程度上可以避免由于输出阻抗较高,而下一级输入阻抗较小时产生的信号损耗,起到承上启下的作用。

隔离:由于电压跟随器具有输入阻抗高,输出阻抗低的特点,使得它对上一级电路呈现高阻状态,而对下一级电路呈现低阻状态,常用于中间级,以隔离前后级电路,消除它们之间的相互影响。

电压放大器

负反馈电压放大器

运放的同向端接地为 0V ,反向端和同向端虚短,所以也是 0V,反向输入端输入电阻很高,虚断,几 乎没有电流注入和流出,那么R1和R2相当于是串联的,流过一个串联电路中的每一只组件的电流是相同的,即流过R1的电流和流过R2的电流是相同的。

流过 R1的电流

流过R2的电流

又因为其

所以可以得到其输出电压为

所以其放大倍数 Au 就可以得到

正反馈电压放大器

Vi 与 V- 虚短,则 Vi = V-

因为虚短,反向输入端没有电流输入输出,通过 R1 和 R2 的电流相等,假设此电流为 I,则可以得到该电流表达式:

Vi 等于 R2 上的分压,即所谓的

由上式可知:

所以其放大倍数 Au 就可以得到

加法器

加法器是指输出信号是几个输入信号之和的放大器。根据其实现的功能,可以将其分为同相加法器和反相加法器。

同相加法器

由于虚断,同相运放输入端没有电流流过,所以流过 R1 和 R2 的电流一样大。同理可知,流过 R3 和R4 的电流也相等。

所以:

又因为虚短,则 V+ = V-

所以可以得到其 Vout 与 V+

反相加法器

由于虚短,V+ = V- = 0 ,i1 + i2 =i3

根据虚断以及KCL可知,通过 R1 和 R2 的电流之和等于通过 R3 的电流。

反相输入求和电路的实质是利用 “虚地 ” 与 “ 虚断” 的特点,通过各路输入电流相加的放法来实现输入电压的相加。

本站声明: 本文章由作者或相关机构授权发布,目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点,本站亦不保证或承诺内容真实性等。需要转载请联系该专栏作者,如若文章内容侵犯您的权益,请及时联系本站删除。
换一批
延伸阅读

电压放大器(Voltage Amplifier)是提高信号电压的装置。对弱信号,常用多级放大,级联方式分直接耦合、阻容耦合和变压器耦合,要求放大倍数高、频率响应平坦、失真小。

关键字: 电压放大器 放大倍数 频率响应

集成运算放大器简称集成运放,又称计算放大器(因为它能完成信号的计算功能)或差动放大器(因为它有两个输入端),是由多级直接耦合放大电路组成的高增益模拟集成电路。

关键字: 集成运算 放大器 运放

模电书里提到理想运放,总会提到虚短和虚断两个概念.虚断,也就是说运放的正输入端和负输入端是断开的,也即是阻抗无穷大. 实际上运放的输入阻抗是很大的,所以在任何情况下,输入这个两个端口的电流是很小的.虚短,也就是说运放的正...

关键字: 运放 虚短 虚断

运放在没有输入的情况下,实际中仍会输出一个小电压。而这个小电压,会根据我们设置的放大倍数同等地被放大,同时,这个被放大的信号是有正、负之分的。

关键字: 运放 放大倍数 信号

在上一节中,我们已经知道,RC震荡电路中经常会遇到的问题包括:1、为什么频率=f0的信号经过RC串并联电路之后,其输出=Vin/3;2、最终输出的信号为什么是频率=f0的信号,其他频率的信号去哪里了;3、为什么放大倍数一...

关键字: RC震荡电路 频率 放大倍数

探头可分为无源探头、有源探头、电源探头、差分探头、光探头、电流探头、高压探头、高压差分探头以及隔离差分探头,其中,无源探头是我们最常用的探头,用来测量一般的信号足够了;无源探头上有一个滑动开关,用来选择1x档位还是10...

关键字: 示波器 模电 无源 BSP

本期小编将为大家分享的热门问答帖来自放大器专区。赶紧来看看,您是否也有相同的疑惑?点击“阅读原文”前往论坛发帖提问获取ADI专家的支持吧~差分运放ADA4940输入范围的问题ADI的专家老师好,初次使用差分放大器,关于差...

关键字: 运放 AD 电阻 共模电压

大家有没有留意,在模拟电路图上,无论是运算放大器、比较器、还是仪表放大器,工程师都会用同一个图案来表达(即下图1)。图1:同时表达运算放大器、仪表放大器或比较器的电路图符号 如果我们在芯片规格书內看到“三角形”器件,在选...

关键字: 运放 比较器 器件

使用一片通用四运放芯片LM324组成电路(采用Multisim 进行的仿真)

关键字: lm324 运放

出品 21ic论坛  wolfe_yu网站:bbs.21ic.com科普贴——运放入门偶尔翻书,翻到模拟电路,烧脑壳,为何?一堆的数学推导,推得你吐……,而且这里面推得最多的,是啥?放大电路,各种放大电路,最后汇成一个产...

关键字: 运放
关闭
关闭