運(yùn)算放大器電路分析

運(yùn)算放大器之所以被稱為運(yùn)算放大器，沒有叫A放大器或者B放大器，那是因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)可以做運(yùn)算，比如積分，微分，加法，減法呀等等。

運(yùn)算放大器有兩個(gè)輸入，一個(gè)為同相輸入(non-inverting input)，記為V+，一個(gè)為反相輸入(inverting input)，記為V-。

運(yùn)算放大器有一 個(gè)輸入，記為Vout。

理想情況下，運(yùn)算放大器只放大兩個(gè)輸入之間的電壓差。

那為啥運(yùn)算放大器會(huì)有兩個(gè)輸入呢？這是因?yàn)閮蓚€(gè)輸入有兩個(gè)輸入的優(yōu)點(diǎn)。

(1) 兩個(gè)輸入可以建立只有一個(gè)輸入時(shí)無法完成的電路；

(2) 有時(shí)候，若遇到一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)(比如包括很多晶體管以及級(jí)數(shù))，將其等效為運(yùn)放，可以簡(jiǎn)化分析。

比如說，下圖中左側(cè)，覺得這電路，因?yàn)榉答?a target="_blank">電阻R2的存在，頓時(shí)覺得復(fù)雜。但是如果將三級(jí)放大電路等效為運(yùn)放，那看上去就簡(jiǎn)單明了了。

我們希望運(yùn)放是理想的，但是理想豐滿，現(xiàn)實(shí)總是骨感的。所以實(shí)際的運(yùn)放，總會(huì)有很多的不完美。

理想的運(yùn)放：

開環(huán)增益為∞；輸入阻抗為∞；輸出阻抗為0；帶寬為∞。

但實(shí)際的運(yùn)放：

開環(huán)增益有限；輸入阻抗雖大，但不是∞；輸出阻抗雖小，但不是0；帶寬有限。

運(yùn)放的虛短，虛斷

因?yàn)閂out=Aol*(V+-V-)，因?yàn)閂out為有限值，而Aol的值很大，那么V+與V-相差很小，即V+~==V-.這就是所謂的虛短。

而因?yàn)檫\(yùn)算放大器是輸入阻抗很高，雖然連線連著，但是電流極小，可以認(rèn)為為0，即I+=0,I-=0,因此可以認(rèn)為兩個(gè)輸入與運(yùn)放是斷開的，這就是所謂的虛斷。

虛短和虛斷這兩個(gè)概念，在運(yùn)算電路分析中，是常用的。

運(yùn)算的基本電路

同相放大器(Non-inverting amplifier)

上圖中Aol稱為開環(huán)增益，而Vout/Vin則稱為閉環(huán)增益。

運(yùn)算放大器構(gòu)成的同相放大器，其增益與電阻的比值有關(guān)，這個(gè)特性優(yōu)于普通放大器。因?yàn)殡娮璞仁悄軌蚓_控制的，而且受溫度，加工等因素的影響很小。

反相放大器(inverting amplifer)

可以看到，反相放大器的增益仍然是比值，可以精確控制。此時(shí)其輸入阻抗為R2，與同相放大器相比，輸入阻抗變小。而且，如果降低R2以獲得更高增益的同時(shí)，也降低了輸入阻抗。

這在使用反相放大器時(shí)，也需要考慮一下。

單位增益緩沖器(Unity-gain buffer)

那單位增益緩沖器又有啥好處呢?也不能放大增益。

如果計(jì)算一下單位增益緩沖器的話，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，其輸入阻抗接近于無窮大，輸出阻抗則接近于0(即使運(yùn)放本身的輸出阻抗不小)。

這使得其可以在不對(duì)前級(jí)電路產(chǎn)生影響的情況下，感應(yīng)到前級(jí)電路的電壓；同時(shí)，又能驅(qū)動(dòng)低輸入阻抗的電路。

積分器

微分器

加法器

精密整流器

簡(jiǎn)單的二極管整流器有一個(gè)問題，就是當(dāng)輸入信號(hào)的幅度小于二極管的開啟電壓VDon時(shí)，輸出為0，如下圖所示。

由運(yùn)放構(gòu)成的精密整流器，不會(huì)存在這樣一個(gè)問題。

對(duì)數(shù)放大器

對(duì)數(shù)放大器的輸入輸出曲線如下圖所示。

如果信號(hào)輸入幅度較小，則其放大增益大；當(dāng)信號(hào)幅度增加時(shí)，其放大增益相應(yīng)減小。

對(duì)數(shù)放大器的結(jié)構(gòu)如下圖所示。

審核編輯：湯梓紅