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运算放大器详解

时间:2023-03-28 11:28来源:未知 作者:admin 点击:
运算放大器 1、运放简介 运算放大器(Opera ti on Amplifier),简称OP或OPA,是一种可以进行数学运算的放大电路,其不仅可以对输入 信号 进行放大,而且还可以进行加减乘除及微分和积分等

运算放大器

1、运放简介

运算放大器(Operation Amplifier),简称OP或OPA,是一种可以进行数学运算的放大电路,其不仅可以对输入信号进行放大,而且还可以进行加减乘除及微分和积分等运算。

2、虚短和虚断

2.1 虚短

运放的电压放大倍数很大,一般通用型运放开环放大倍数在10000倍以上,其输入电压可以很小,当输入电压小到一定程度,即V+和V-近似相等时,与短路类似,开环电压放大倍数越大,两输入端的电压越接近相等,因此称为虚短。

2.2 虚断

通常情况下运放的输入电阻很大,通用型运放的输入电阻都在1MΩ以上,由于其电阻过大,输入端电流会小到uA级别,此时意味着两个输入端没有电流流入,与断路类似,运放的输入电阻越大,同向和反向输入两端越接近开路,因此称为虚断。

3、理想运算放大器

如下图所示为一个理想运算放大器。

运算放大器详解

理想运放的输入电流为0,增益为无穷大,即放大倍数为无穷大,V+ = V- = 0,输出阻抗也为0,意味着其负载能力很强,但是理想运放现实中并不存在。

4、反相放大器

运算放大器详解

根据虚短,可得到:V+ = V- = 0 (1)

根据虚断,可得到:I1 = I2 = 0 (2)

I1 = ( Vin- V-) / R1 (3)

I2 = (V- - Vout) / R2 (4)

联立公式(1)(2)(3)(4)可求得 Vout / Vin = - (R2 / R1),即Vout = -Vin (R2 / R1)

假设:R2 = 10K,R1 = 1K,Vin = - 0.5V,即Vout = 5V,即将Vin信号放大了10倍。注意Vin要给一个反相电压,硬件连接时将电源的正端接到GND,电源负端接到Vin。

输入信号波形:

运算放大器详解

输出信号波形:

运算放大器详解

由上面两个图可看出,信号经过反相放大器后,信号相位相反,幅值增大。

5、同相放大器

运算放大器详解

根据虚短,可得出:V+ = V- = 0 (1)

根据虚断,可得出:I = Vout / (R1 + R2) (2)

V- = I * R1 (3)

联立(1)(2)(3)式可得出:Vout / Vin = 1 + R1 / R2 ,即Vout = Vin * (1 + R1 / R2) (4)

根据式(4)可得出,当R2趋近于无穷大时,R1 / R2趋近于0,此时,Vout / Vin = 1,此时电路将变为一个单位增益缓冲器,电路如下:

运算放大器详解

单位增益缓冲器可提高电路的驱动能力,也具有一定的缓冲作用。

(责任编辑:admin)
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