运算放大器(放大器)

定义运算放大器是运算放大器的简称，基本上是一个三端运算放大器电压放大设备。这是一个高增益，负反馈放大器，提供稳定电压增益。

运算放大器被认为是模拟电子学领域中电路的基本组成部分。它们被设计成与外部反馈元件(如输入和输出端子之间的电阻、电容)一起使用。

这个3终端设备由两个组成高阻抗输入端口和输出端口。

两个输入端有一个反相输入带负号，一个非反相输入带正号。

由于运算放大器高输入阻抗和低输出阻抗此外，有能力放大信号的频率范围从0赫兹到1兆赫兹。它可以用来放大交流以及直流输入信号。

运算放大器基本上被设计用来执行数学运算，如加、减、乘、微分、积分等。

但是，今天运放提供了各种其他用途，如相移，标度变化，符号变化，在振荡器电路，脉冲发生器，比较器，转换器等。

运算放大器是一种多功能的设备，当它与集成的晶体管、二极管、电阻和电容一起制造时，它可以执行无数的任务。运算放大器提供了极高电压增益,一般的订单200000年。

运算放大器的输出是两个输入的差值。所以，我们可以说放大器是一个差分放大器它提供了差分输入信号的放大版本。

运算放大器的历史

运算放大器最初是用真空管建造的，但在20世纪60年代早期，晶体管取代了真空管。当集成电路技术到来时，可以将运算放大器放入单个8铅封装中。

下面的图显示了一个运放的引脚图

1965年，仙童公司推出了1^圣一代7091968年，仍然很受欢迎^nd一代741运算放大器的介绍。一个运放IC 741已经成为行业标准。

运算放大器的原理图符号

下图显示了运算放大器的原理图符号

这里，A代表电压增益

V₁输入端是否为非反相端

V₂是运算放大器反相端的输入端。

所以在输入处会有一个微分值

V₁- - - - - - V₂= V_在

在输出端，我们有一个放大的增益输出

V_出= V_在= (V₁- - - - - - V₂)

我们已经讨论过了积极的表示非反相终端和消极的暗示的反相端。

正端的输入端在输出端也会以同样的方式放大。但是，负极的输入会给我们一个反向放大的输出。

从上面的讨论中，不要把正电压的意思弄糊涂了₁正负号表示V吗₂是否定的，因为事实并非如此。这也不是说正电压要加到正极，负电压要加到负极。

的电压在输出将直接成比例的到区别两个输入信号。

运算放大器可以在单端或双端模式下工作，这完全取决于输入是只应用于其中一个端子还是两个端子。最常用的配置是2输入1输出。

运算放大器的等效电路

下面的图将帮助你分析运算放大器的基本工作原理

输出电压为

V_出= AV_d= (V₁- - - - - - V₂)

在这里,AV_d等效的泰文宁电压源和R_出是Thevenin的等效阻力。

由上式可知V_出是成比例的到两个输入电压的代数差也就是说，我们基本上可以说，差异被放大了，而不是原始输入。

电压传输曲线

这条曲线是在输出电压V之间画的_出差输入电压V_d增益A保持不变。

以上曲线称为理想电压转移曲线。

之所以这么叫，是因为在画这条曲线的时候，我们已经假设了输出偏置电压是0。

当我们讨论普通运放时，输出偏置电压为几乎为0为了简化计算，我们忽略它。这里需要指出的是，这条曲线不是按比例绘制的;在电压增益很大的情况下，我们会有一条垂线。在上图中，我们看到输出电压V_出不能超过正、负饱和电压。

简单地说，输出电压V_出与差分输入电压V成正比_d直到它达到饱和值之后，它就变成了常数。

基本运放电路

运算放大器的基本电路如下图所示:

如我们所见，输入信号V₂通过电阻R₁到运算放大器的反相端。然后输出电压通过电阻R反馈到相同的输入端_f。运放的非反相端接地。

现在我们来看看运算放大器基本电路的等效电路:

这里，运算放大器的等效电路由输入电阻R组成_在和输出电压源和电阻。理想的运放输入电阻为无穷大，输出电阻为0，电压增益为无穷大。

让我们重新画一下上面的电路，以便更好地了解整个概念。

使用叠加定理V_在可以解决的组件由于每个来源-

我们假设这里是-A V_在是0，唯一的源是V₂

现在，当我们假设V₂对于源- V，它等于0_在只有

因此，我们将得到输入总电压

或

对于条件A >> 1和A R₁> > R_f通常是正确的,

由上式可知，总输出电压与输入电压之比仅取决于电阻R的值₁和R_f如果A很大的话。

因此，我们可以说，用R的绝对电阻值₁和R_f，我们可以有很大的收获。这种增益几乎与所用电阻的增益一样准确，而且只受温度和其他电路因素的轻微影响。

虚拟接地的概念

正如我们已经知道的事实V_出是要限制供电电压吗

所以,

= 100或150µV

的价值V_在与其他电压相比非常小的可以认为是0 V。

随着V_在几乎是0，但V不完全是0_出取决于V_在。这个V_在≈0得到的概念是虚地。

虚拟地意味着尽管我nput电压接近0没有电流通过放大器输入到地面。让我们看看下面的图，对虚拟地面有一个清晰的概念。

与V_在≈0，则认为存在一个短值。但这里的概念是虚短路，由于没有任何电流通过短路到地面。通过R的电流₁和R_f将流。

上述电路的电流方程为-

或

虽然上图在物理上不是正确的，但它提供了一种简单的方法来确定总体电压增益。

虚拟地面的整体概念是当V_在≈0。

现在问题来了，如何V_在可以近似为0吗?

关于V的应用_2,点a和V同时获得正电位_出进入存在。因此，V的某一部分_出反馈到点' a '在相反对已经存在的电压V₂因为负面反馈。从而使代数和接近于0。

对于差分和共模运放，信号是非常流行的术语。

微分输入信号顾名思义就是由于两个输入信号的差异而得到的值。

V_d= V₁- - - - - - V₂

但是共模输入信号是两个输入信号的平均值。

V_厘米= (V₁+ V₂) / 2

运算放大器的特性

运算放大器是一种直流放大器，因此在设计运算放大器电路或故障排除时必须考虑交流和直流特性。

直流特性

当我们讨论理想运放时，它不从驱动它的源吸收任何电流，电路响应也随温度变化而变化。但是，实际的运放的工作方式不同，运放的输入端从源端引出电流，两个输入端对电压和电流的响应不同。

这些非理想特性讨论如下:

• 输入失调电压:输入偏置电压V_(抵消)是加在输入端子上使放大器平衡的电压。当运放的输入端接地时，存在输出偏置电压。

• 输入偏置电流:为了使运算放大器正常工作，需要在差分放大器的输入端提供直流偏置电流。这个电流是pA到nA的顺序。它由差分放大器两个输入端的直流偏置电流的平均值给出。

• 输入偏置电流:因为运放是由两个输入晶体管组合而成的，而这两个晶体管并不是精确匹配的。这种不匹配需要在每个晶体管的输入处有不同的偏置电流。这区别之间的两个偏置电流称为输入偏置电流。

差分放大器具有很好的消去或抑制某些类型的不必要电压信号的能力。噪声可能是不受欢迎的信号。这些噪声信号不应该在放大器中被放大。

因为噪声信号在电路的两个输入端都是相等的。这意味着在两个输入端出现的不需要的信号将被差分放大器拒绝。对两种输入共有的信号的抑制方法称为共模抑制。

CMMR是不同电压增益与共模电压增益的比值。

交流的特点

在工业电路中，运放严格地用作直流放大器，但也可用于交流。

• 转换速率:它表示当一个大的输入信号驱动放大器时，输出电压变化的最大速率。变换速率基本上是运算放大器输入端加一个差分输入时，输出电压快速而非瞬间变化的速率。转换速率的一个典型的运算放大器00000 V / s或0.5 /µV。

• 全功率响应:当施加一个大振幅正弦信号时，运算放大器无失真放大的最大频率被称为全功率响应。

• 交流噪声:的不良的信号在一个运算放大器的输出被称为噪音。交流噪声主要分为内部噪声和外部噪声。外部噪声是由外部影响或干扰引起的，而内部噪声是由放大器的内部电路引起的。

运算放大器的应用

运算放大器的应用领域非常广泛。这些是用于构造的活跃的过滤器可提供高通、低通、带通或带阻功能。

它们可以用作比较器或振荡器的构造。