第四章 运算放大器电路分析与设计
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透解放大器遍观所有模拟电子技朮的书籍和课程,在介绍运算放大器电路的时候,无非是先给电路来个定性,比如这是一个同向放大器,然后去推导它的输出与输入的关系,然后得出Vo=(1+Rf)Vi,那是一个反向放大器,然后得出Vo=-Rf*Vi……最后学生往往得出这样一个印象:记住公式就可以了!如果我们将电路稍稍变换一下,他们就找不着北了!偶曾经面试过至少100个以上的大专以上学历的电子专业应聘者,结果能将我给出的运算放大器电路分析得一点不错的没有超过10个人!其它专业毕业的更是可想而知了。
今天,芯片级维修教各位战无不胜的两招,这两招在所有运放电路的教材里都写得明白,就是“虚短”和“虚断”,不过要把它运用得出神入化,就要有较深厚的功底了。
虚短和虚断的概念由于运放的电压放大倍数很大,一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB以上。
而运放的输出电压是有限的,一般在10 V~14 V。
因此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。
由于运放的差模输入电阻很大,一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。
因此流入运放输入端的电流往往不足1uA,远小于输入端外电路的电流。
故通常可把运放的两输入端视为开路,且输入电阻越大,两输入端越接近开路。
“虚断”是指在分析运放处于线性状态时,可以把两输入端视为等效开路,这一特性称为虚假开路,简称虚断。
显然不能将两输入端真正断路。
在分析运放电路工作原理时,首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大,什么加法器、减法器,什么差动输入……暂时忘掉那些输入输出关系的公式……这些东东只会干扰你,让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数,这是设计者要考虑的事情。
运算放大器电路分析运算放大器是一种非常常用的电子电路,用于放大输入信号并输出放大后的信号。
它由一个差动放大器和一个输出级组成。
差动放大器负责放大输入信号,而输出级负责放大差动放大器的输出。
在本篇文章中,我们将对运算放大器电路进行详细的分析。
差动放大器由两个输入端口和一个输出端口组成。
输入端口是一个非反相输入和一个反相输入。
反相输入端口将输入信号的电压通过一个电阻器连接到负电源。
非反相输入端口将输入信号的电压连接到反相输入端口。
差动放大器的输出是通过一个电阻器连接到一个负电源。
输出级由一个输入端口和一个输出端口组成。
输入端口将差动放大器的输出信号连接到负电源,并通过一个电阻和一个电容将信号输出到输出端口。
那么,运算放大器电路的工作原理是怎样的呢?当有输入信号时,差动放大器将不同的输入信号放大并输出一个差分信号。
输出级将差分信号放大并输出放大后的信号。
下面,我们来详细讨论差动放大器的工作原理。
差动放大器的输入信号通过一个电阻分流器连接到非反相输入端口和反相输入端口。
当非反相输入端口的电压高于反相输入端口的电压时,差动放大器将放大输入信号。
放大的程度取决于输入端口之间的电压差。
差动放大器的输出信号通过一个电阻连接到负电源。
负电源提供给差动放大器一个参考电平,以便放大器能够正常工作。
输出级将差动放大器的输出信号放大并输出。
它通过一个电阻和一个电容将信号输出到输出端口。
电阻用于调节输出信号的幅度,电容用于滤除高频噪声。
输出级的工作原理与差动放大器类似,但是它放大的是差分信号而不是单一的输入信号。
在实际应用中,运算放大器电路有很多变种。
它可以通过选择合适的电阻和电容值来调整放大倍数和频率响应。
此外,它还可以与其他电路组合使用,以满足不同的应用需求。
总结起来,运算放大器电路是一种常用的电子电路,它通过差动放大器和输出级来放大输入信号。
差动放大器将输入信号放大并输出一个差分信号,输出级将差分信号放大并输出放大后的信号。
大一电路第四章总结知识点电路是电子学的基础,是电子设备能够正常工作的重要组成部分。
大一电路课程的第四章主要介绍了放大电路和运算放大器的原理和应用。
通过学习这一章节的内容,我对电路的工作原理和相关的数学模型有了更深入的理解。
以下是我对该章节的总结和知识点的梳理。
一、放大电路的基本原理和分类放大电路是指能够将输入信号经过放大处理后输出的电路。
在第四章中,我们学习了放大电路的基本原理和分类。
放大电路按照放大的方式可以分为电压放大、电流放大和功率放大电路。
常见的放大电路有共射、共集和共基的晶体管放大电路,以及差动放大器和运放等。
各种放大电路有各自的适用范围和特点,在实际中需要根据具体的应用场景选择合适的放大电路。
二、运算放大器及其应用运算放大器是一种特殊的放大电路,在现代电子设备中得到了广泛应用。
运算放大器具有高增益、高输入阻抗、低输出阻抗等优点,被广泛用于信号放大、滤波、比较、计算以及反馈控制等方面。
在第四章中,我们深入学习了运算放大器的原理和应用。
运算放大器是一种差分放大电路,具有两个输入端和一个输出端。
它的输入电阻非常大,可以看作无穷大,输出电阻非常小,可以看作零。
运算放大器具有非常高的增益,通常达到几万甚至几十万倍以上。
通过在输入端加入反馈电阻,我们可以实现运算放大器的各种应用。
运算放大器在实际中有很多应用,比如滤波器、振荡器、比较器、积分器、微分器等。
通过对运算放大器的输入电压和反馈电阻的选择,我们可以实现各种不同的功能。
三、电路分析方法在第四章的学习中,我们还了解了一些常用的电路分析方法。
比如节点分析法、戴维南定理、叠加原理等。
这些方法可以使我们更加方便地对电路进行分析和计算。
节点分析法是一种常用的电路分析方法,通过对电路中各个节点电压的求解,来推导电路中各个元件的电流和电压关系。
戴维南定理是一种用于简化电路的方法,通过将电路中的电压源或电流源用等效电阻替代,简化电路的复杂性,实现更简单的电路分析。
运放电路分析2篇文章一:运放电路分析运放,即运算放大器,是一种基本电路元件。
它具有高输入阻抗、高增益、低输出阻抗、广泛的频率响应等特点,可用于放大信号、调节信号、滤波、积分、微分等多种电路应用。
因此,在各种电子设备和系统中广泛应用。
本文将对运放电路进行分析。
首先介绍运放工作原理,然后分析运放的输入输出特性,最后讨论运放电路的应用。
1. 运放工作原理运放一般由差分放大器、电流源和输出级构成。
差分放大器又包括输入级和差动放大器。
输入级主要起到为差动放大器提供稳定的直流工作点和去掉输入信号的电源干扰。
差动放大器是运放的核心部分,它对输入信号进行放大并产生反相输出和同相输出。
电流源提供恒定的电流极化,确保运放正常工作。
输出级将放大后的信号放大、过滤及驱动负载。
2. 运放的输入输出特性在输入信号较小的时候,运放的输出与输入的差异是放大倍数。
放大倍数等于输出电压与输入电压的比值。
振幅越大的输入信号,放大倍数就越小。
这是因为运放的输出已经达到最大值,不能进一步增加。
另外,运放有一个输出的输入阈值。
当输入信号达到这个阈值时,运放就会饱和,输出电压不再随输入电压的变化而变化。
饱和区的输出电压取决于运放的电源电压和极限摆幅。
若输入信号超出了这个范围,运放就无法正确工作。
此外,运放有一定的偏移电压和失调电流。
偏移电压是指输入信号为0时输出的电压,失调电流是指同相输入端和反相输入端之间的电流差异。
这些都会对运放的放大效果造成一定的影响。
3. 运放电路的应用运放电路有多种重要的应用。
其中,最常见的是用运放进行模拟信号放大。
它可以放大传感器、放大信号成形和调节等。
另外,运放也可以用于数字信号处理,如信号调理和滤波。
它还可以用于比较器电路、振荡电路、积分电路、微分电路等。
总的来说,运放电路广泛应用于电子工程、通信、控制、计算机等领域。
深入理解运放电路的工作原理和输入输出特性对设计和应用电路非常重要。
文章二:运放电路的几种经典应用运放电路是电子系统中非常重要的元件之一。
含运算放大器的电路的分析运算放大器(Operational Amplifier,简称Op-amp)是一种极为重要的电子元器件,常用于放大、滤波、积分、微分等信号处理任务中。
本文将从基础电路结构、特性以及应用等方面进行分析。
一、基础电路结构运算放大器的基础电路结构包括差模放大器、共模放大器、电压跟随器等。
1.差模放大器:差模放大器是运算放大器的核心部分,具有高增益和可调节的增益特性。
它由一个差模输入电路、一个差模放大电路和一个差模输出电路组成。
差模输入电路通常用非反相放大器和反相放大器构成,差模输入电路的放大倍数决定了整个运算放大器的放大倍数。
2.共模放大器:共模放大器可以将输入信号的共模分量放大,但对差模分量无放大作用。
它由一个共模输入电路、一个共模放大电路和一个共模输出电路组成。
共模输入电路通常用非反相放大器和反相放大器构成。
3.电压跟随器:电压跟随器(Voltage Follower)又叫缓冲放大器,它的输出电压与输入电压一致,具有电阻输入和无穷大的输入阻抗,输出电阻接近于零,可以提高电路的阻抗匹配能力,实现信号的隔离和缓冲。
二、运算放大器的特性1.增益:运算放大器具有很高的开环增益,通常在几万到几百万倍之间。
开环增益可以通过反馈电路进行调节,实现所需的放大倍数。
2.输入和输出阻抗:运算放大器的输入阻抗很大,一般在10^5Ω以上,输出阻抗很小,一般在几十欧姆以内。
这样的特性使得运算放大器可以承受较大的输入信号,同时输出能够驱动低阻抗负载。
3.零漂和温漂:运算放大器的输入电压有均匀电压特性,也就是说,输入两端的电压差为零时,输出电压应该为零。
然而实际情况下,由于误差和不匹配等原因,会存在一定的零漂和温漂。
4.噪声:运算放大器的输入端存在各种噪声,如热噪声和1/f噪声等。
这些噪声将影响到输出信号的质量,因此需要合理设计电路以降低噪声。
三、运算放大器的应用运算放大器广泛应用于各种电子电路中,下面列举几个典型的应用案例:1.比较器:运算放大器可以作为比较器使用,通过设定阈值电压,实现电压的比较和判别。
运算放大器应用电路的设计与制作(一) 运算放大器 1.原理运算放大器是目前应用最广泛的一种器件,当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反响电路时,可以灵敏地实现各种特定的函数关系。
在线性应用方面,可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。
运算放大器一般由4个局部组成,偏置电路,输入级,中间级,输出级。
图1运算放大器的特性曲线 图2运算放大器输入输出端图示图1是运算放大器的特性曲线,一般用到的只是曲线中的线性局部。
如图2所示。
U -对应的端子为“-〞,当输入U -单独加于该端子时,输出电压与输入电压U -反相,故称它为反相输入端。
U +对应的端子为“+〞,当输入U +单独由该端参加时,输出电压与U +同相,故称它为同相输入端。
输出:U 0= A(U +-U -) ; A 称为运算放大器的开环增益〔开环电压放大倍数〕。
在实际运用经常将运放理想化,这是由于一般说来,运放的输入电阻很大,开环增益也很大,输出电阻很小,可以将之视为理想化的,这样就能得到:开环电压增益A ud =∞;输入阻抗r i =∞;输出阻抗r o =0;带宽f BW =∞;失调与漂移均为零等理想化参数。
2.理想运放在线性应用时的两个重要特性输出电压U O 与输入电压之间满足关系式:U O =A ud 〔U +-U -〕,由于A ud =∞,而U O 为有限值,因此,U +-U -≈0。
即U +≈U -,称为“虚短〞。
由于r i =∞,故流进运放两个输入端的电流可视为零,即I IB =0,称为“虚断〞,这说明运放对其前级汲取电流极小。
上述两个特性是分析理想运放应用电路的根本原那么,可简化运放电路的计算。
3. 运算放大器的应用 (1)比例电路所谓的比例电路就是将输入信号按比例放大的电路,比例电路又分为反向比例电路、同相比例电路、差动比例电路。
(a) 反向比例电路反向比例电路如图3所示,输入信号参加反相输入端:图3反向比例电路电路图对于理想运放,该电路的输出电压与输入电压之间的关系为:为了减小输入级偏置电流引起的运算误差,在同相输入端应接入平衡电阻R ’=R 1 // R F 。