第一句子大全,网罗天下好句子,好文章尽在本站!

深入理解运算放大器:工作原理 应用与特性详解

时间:2024-02-10

运算放大器是一种广泛应用于电子设备中的集成电路,它能够放大微弱的电信号,并在电子系统中执行复杂的数学运算。本科普文章将全面介绍运算放大器的工作原理、应用领域以及相关的...

友情提示:本文共有 2234 个字,阅读大概需要 5 分钟。

运算放大器是一种广泛应用于电子设备中的集成电路,它能够放大微弱的电信号,并在电子系统中执行复杂的数学运算。本科普文章将全面介绍运算放大器的工作原理、应用领域以及相关的电路设计技术。读者将了解到运算放大器在放大、滤波、信号调理、仪器测量等方面的重要作用,以及在信号处理、控制系统和通信设备中的应用。此外,文章还将介绍常见的运算放大器种类、特性参数和选型指导,帮助读者更好地理解和应用运算放大器技术。通过本文,读者将深入了解运算放大器的原理和应用,为相关领域的学习和工程实践提供必要的知识基础。

许多教材和参考指南将运算放大器(运放)定义为可以执行各种功能或操作(如放大、加法和减法)的专用集成电路(IC)。虽然我同意这个定义,但仍需注重芯片的输入引脚的电压。

当输入电压相等时,运算放大器通常在线性范围内工作,而运算放大器正是在线性范围内准确地执行上述功能。然而,运算放大器只能改变一个条件来使输入电压相等,即输出电压。因此,运算放大器的输出通常以某种方式连接到输入,这种通常被称为电压反馈。

在本文中,我将解释一个通用电压反馈运算放大器的基本操作,并请您参阅其他内容以了解更多信息。

图1描述了运算放大器的标准示意图符号。有两个输入端(IN+, IN-)、一个输出端(OUT)和两个电源端(V+, V-)。这些端的名称可能因制造商而异,甚至单个制造商也可能使用不同的名称,但它们仍然是相同的五个端。

例如,您可能会看到Vcc或Vdd而不是V+。又或者,您可能会看到Vee或Vss而不是V-。电源端子的其他标签会有所不同,因为它们指的是器件内部的晶体管类型。例如,当在运算放大器内部使用双极结型晶体管(BJT)时,电源对应于BJT的集电极和发射极:Vcc和Vee。在运算放大器内部使用场效应晶体管(FET)时,电源标签与FET的漏极和源极相对应:Vdd和Vss。如今,许多运算放大器同时包含BJT和FET,因此V+和V-是常见的标签,与器件内部的晶体管无关。简言之,不要太在意引脚标签,只要理解它们的作用即可。

图1:通用型运算放大器示意图符号

等式1表示运算放大器的传递函数:

在等式1中,AOL被称为“开环增益”。在现代运算放大器中,它通常是一个非常大的值(120 dB或1,000,000 V/V)。例如,如果IN+和IN-之间的电压差仅为1mV,运算放大器将尝试输出1000V!在这种配置中,运算放大器不在线性区域内工作,因为输出不能使输入彼此相等(记住,理想情况下In+等于In-)。因此,运算放大器需要一种方法来控制开环增益,即通过负反馈来实现。

图2描述了作为反馈控制系统一部分的运算放大器。您会注意到输出OUT通过一个标记为ß的块反馈到负输入IN-。ß被称为反馈因子,通常使用电阻来降低输出电压。

图2:负反馈运算放大器

图3比较了开环运算放大器和负反馈运算放大器。这些TINA-TI™软件仿真电路采用的运放是近乎理想的运放,加了电源来限制输出电压。注意,对于左侧的开环配置,输出几乎等于正电源(V+)。这是因为输入引脚之间有一个很小的差异(100mV)。这种小电压被开环增益放大,开环增益会强制输出到其中一个电源电压。在图3右侧的负反馈或闭环电路中,运算放大器输出上的分压器需要200 mV的输出电压,以便使反相和同相输入相等。

图3:开环(左)与负反馈(右)

输入电压的放大称为增益。它是反馈回路中电阻值的函数。等式2描述了图3中右边电路的增益方程,这就是所谓的同相放大器。您将看到计算出的输出电压与仿真相符。如果您想要了解有关此电路(以及其他常见的运算放大器电路,如缓冲器、同相放大器和差分放大器)的更多信息,您可以下载电子书“模拟工程师电路指南:放大器”。”

运算放大器的输出受到电源电压的限制。图4是图3中同相放大器的输出电压与输入电压的关系图。注意当输出接近正负电源时,输出由于饱和受限。

图4:同相放大器电路的输出与输入电压

由于这个限制,在图5中可以看到,随着输出接近电源,输入引脚之间的电压差Vdiff增加。只有当输入几乎相等时,运算放大器才在线性区域工作。

图5:同相放大器电路的Vdiff和IN+

为了更深入地了解运算放大器,请查看我们的模拟课程TI高精度实验室。本课程将深入探讨运算放大器,并讨论输入失调电压(Vos)、输入偏置电流(IB)和输入/输出限制等基本非理想因素。还有一些高级主题讲座,如运算放大器带宽(BW)、压摆率(SR)、噪声、共模抑制比(CMRR)、电源抑制比(PSRR)和稳定性。除了讲座之外,有些主题还包括动手实验。为了进行这些实验,您需要相应的运算放大器评估模块。

如果您喜欢DIY一些电路,那么可能会对通用DIY放大器电路评估模块(用于单通道运放)、双通道通用DIY放大器电路评估(用于双通道运放)或DIP封装转换评估模块(可与标准的打样板或电路试验板一起使用)感兴趣。DIY-EVMs支持不同封装的运放,并具有许多标准运算放大器电路,如本文所述的同相放大器、反相放大器、缓冲器和滤波器(包括Sallen-Key和多反馈)。由于双列直插式封装(DIP)转换EVM可以将许多标准的表面贴装封装转换为DIP,以便与电路试验板一起使用,因此您可以评估任何配置的放大器。

这就是运算放大器的基本原理:只有当输入引脚的电压相等时,运算放大器才是线性的。然而,为了实现这一点,运算放大器只能调整其输出电压。输出摆幅限制会导致输入电压差增大,从而导致非线性。

本文如果对你有帮助,请点赞收藏《深入理解运算放大器:工作原理 应用与特性详解》,同时在此感谢原作者。

本内容不代表本网观点和******立场,如有侵犯你的权益请联系我们处理。
网友评论
网友评论仅供其表达个人看法,并不表明网站立场。
显示评论内容(4)
  1. 红尘错2024-02-10 16:13红尘错[河北省网友]119.31.197.159
    @谁与争锋看完之后觉得收获满满,对运算放大器有了全新的认识,感谢作者的分享。
    顶1踩0
  2. 谁与争锋2024-02-10 16:09谁与争锋[北京市网友]27.115.46.137
    作者真的很用心,把运算放大器的特性都详细地讲解了一遍。
    顶0踩0
  3. 学会微笑2024-02-10 16:04学会微笑[吉林省网友]122.102.72.45
    很清晰易懂的讲解,对于我这种初学者来说非常有帮助。
    顶46踩0
  4. chen尘_992024-02-10 16:00chen尘_99[甘肃省网友]202.91.100.16
    这篇文章写得太棒了,对运算放大器的工作原理和应用有了更深入的理解。
    顶7踩0
相关阅读
巧用社会心理学知识写优质文章

巧用社会心理学知识写优质文章

其实,在工作中,我们更需要写一些这样的总结、文案和报告等,如果没有一套方法,就业会感到无助和无处下手。于是,我就总结了以下原理和方法。一,社会

2010-06-27 #经典句子

一句话说清 人们常说的ANC主动降噪到底是啥黑科技?

一句话说清 人们常说的ANC主动降噪到底是啥黑科技?

随着ANC主动降噪技术的不断发展,如今小到掌心的耳机,大到满地跑的汽车都已经获得广泛应用,但您知道ANC主动降噪又是如何实现的吗?以飞利浦PN505举例说

2010-01-29 #经典句子

探索会计电算化:实训报告与实践经验分享

探索会计电算化:实训报告与实践经验分享

报告内容涵盖了会计软件的选择与应用、电子数据处理技术在会计工作中的应用、财务信息系统的建设与管理等方面

2024-01-31 #大杂绘

缓冲装置的重要性及应用:涵盖buffer英语短句和例句大全

缓冲装置的重要性及应用:涵盖buffer英语短句和例句大全

缓冲装置是指一种用于缓解压力、减少冲击或平稳流动的设备。在工程学和科学领域,缓冲装置被广泛应用于各种设备和系统中,以确保其稳定性和可靠性。英语中,缓冲装置通常被称为buf...

2024-02-01 #大杂绘

“宁王”一句话 这类新型电池概念股大涨!多家公司布局产业链

“宁王”一句话 这类新型电池概念股大涨!多家公司布局产业链

Wind数据显示,截至11月4日收盘,钠离子电池概念股大涨,山东章鼓涨停,翔丰华、圣阳股份等跟涨

2023-12-13 #经典句子

警告!没看完这篇文章 请您不要乱选择室外篮球场地面材料

警告!没看完这篇文章 请您不要乱选择室外篮球场地面材料

但日常生活人们应用更普遍的是室外篮球场地

2017-12-23 #经典句子

自然语言生成的演变

自然语言生成的演变

个人助理Siri Alexa、聊天机器人和问答机器人等应用程序正在彻底改变我们与机器的交互方式和日常生活

2023-06-01 #经典句子

40年前的今天 这篇文章改变了整个中国 关键就是这句话

40年前的今天 这篇文章改变了整个中国 关键就是这句话

文章指出,检验真理的标准只能是社会实践,理论与实践的统一是马克思主义的一个最基本的原则,任何理论都要不断接受实践的检验

2023-10-17 #经典句子

宿舍智能热水表:ic卡技术的原理与应用

宿舍智能热水表:ic卡技术的原理与应用

其工作原理是在热水表上安装IC卡读卡器和智能控制模块,用户将个人IC卡插入读卡器,系统会自动识别并记录热水使用情况

2024-01-26 #大杂绘