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                    運算放大器(或運放 )是一種古老的器件

                    時間:2020-12-02 00:02來源:海獵人

                     

                    運算放大器

                    運算放大器(或運放 )是一種古老的器件。較早的運放用在早期模擬計算機的真空管電路中。運算放大器是一種高增益直流耦合差分放大器。運放原理圖符號分別使用+-表示同相和反相輸入,而非輸入電壓的極性。

                    作為差分放大器,運放的輸出是輸入之間差異的放大。也就是說,如果同相(+)輸入高于反相(-)輸入,則運放的輸出為正。如果反相輸入高于同相輸入,則運放的輸出為負。

                    現代的運放通常用雙極性電源供電,一般為+/–15 V直流,但是有的運放也可以在單極性電源下工作。+/–直流電源的使用允許運放在對輸入響應時將輸出從-轉為+。

                    德州儀器提供《運算放大器應用手冊》的下載版本(http://www.ti.com/lit/an/sboa092a/sboa092a.pdf ),亞德諾公司提供免費的《運放基礎》使用手冊(http://www.analog.com/library/analogdialogue/archives/39-05/web_ch1_final_r.pdf )。

                    A.8.1 基本的運放電路

                    反饋用來設置運放電路的總增益。如果沒有反饋,高增益運放就會對輸入產生劇烈的響應,在輸入存在微小差分的情況下,輸出可能是滿正或滿負。因此,運放很少應用在沒有反饋網絡的條件下。

                    運放電路可能與原輸入反相或同相。圖A-56展示了一個簡單的反相運放電路(如果你想自己搭一個,你可以使用741號運放或類似的器件)。

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                     A-56 簡單的反相運放電路

                    A-56中的運放電路的基本原理很簡單:運放利用本身的輸出使輸入信號之間的差異縮小到0 V。由于輸出是通過R 2 耦合到輸入上的,因此輸出電壓從R 1 R 2 的連接點(叫作求和點 )上測得,要與R 1 兩端的輸入電壓相加。計算R 1 R 2 阻值的公式很簡單,如下:

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                    相當于

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                    因此,電路的電壓增益就是輸出與輸入之比,是由R 2 R 1 的比值確定的。R 2 前面的符號不代表負的阻值,而是意味著放大器為反相。

                    如果我們需要增益為4的直流放大器,以用來提高傳感器的信號電平或將電路的輸出與其他接口匹配,那么我們就需要為R 1 選擇一個阻值,并求解增益為4時的R 2 阻值。在圖A-57中,R 1 的值設為10 kΩ,因此R 2 的值應為40 kΩ。

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                     A-57 反相運放電路,增益為4

                    由于反相輸入電壓通常很。ń拥兀,因此B 點的電壓為零。如果A 點變為正,則輸出將變為負,以使A 點的電壓之和保持為零,從而形成反相。另一種效果是A 點可以看作虛擬地,因為運放的輸出總會嘗試與反相輸入匹配。

                    運放電路的輸出阻抗通常只有幾分之一歐姆。反相放大器的輸入阻抗取決于R 1 的值。有些情況下,R 1 的值可能很小,從而會引起阻抗匹配和輸入負載問題。圖A-58中的非反相運放電路解決了這個問題。

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                     A-58 簡單的非反相運放電路

                    注意,圖A-58中,反相輸入是由R 1 R 2 組成的分壓器提供的。計算R 1 R 2 阻值的公式有略微變動:

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                    由于運放被設計成直流放大器,因此若要處理交流信號,并且輸入或輸出端沒有直流偏置,就需要用到耦合電容,它們在前面的A.6.1節中敘述過。

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