0
  • 聊天消息
  • 系統(tǒng)消息
  • 評論與回復(fù)
登錄后你可以
  • 下載海量資料
  • 學(xué)習(xí)在線課程
  • 觀看技術(shù)視頻
  • 寫文章/發(fā)帖/加入社區(qū)
會員中心
創(chuàng)作中心

完善資料讓更多小伙伴認(rèn)識你,還能領(lǐng)取20積分哦,立即完善>

3天內(nèi)不再提示

帶你理解運(yùn)算放大器

矜辰所致 ? 2023-05-15 11:14 ? 次閱讀
復(fù)習(xí)一下電子設(shè)計(jì)基本元器件,運(yùn)算放大器   ...... 矜辰所致

前言

最近在某個傳感器產(chǎn)品上面用到了運(yùn)算放大器,然后在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的時(shí)候遇到一些細(xì)節(jié),還去翻閱筆記,查找了相關(guān)的資料

運(yùn)放作為電子設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)元器件之一,在我的博文中還不曾來好好說明介紹一下,正好借此機(jī)會,我們從應(yīng)用的角度來聊一聊運(yùn)算放大器。

我是矜辰所致,全網(wǎng)同名,盡量用心寫好每一系列文章,不浮夸,不將就,認(rèn)真對待學(xué)知識的我們,矜辰所致,金石為開!

一、運(yùn)放基本說明

說到運(yùn)放,在相關(guān)專業(yè)大學(xué)課本模擬電子技術(shù)一書中可是花費(fèi)了很多章節(jié)來講述,但是實(shí)際上我回頭看了一遍課本…… 不太看得下去……

因?yàn)樵谥v運(yùn)放的開始模電書上就給你一張運(yùn)放內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路圖,類似下圖(書上的圖我沒特意去找):

在這里插入圖片描述

然后就開始各種理論分析了……

我們本文從應(yīng)用的角度,為了讓大家能夠 快速的分析基本運(yùn)放電路 的角度出發(fā),來說明一下運(yùn)算放大器的基本知識。

1.1 基本認(rèn)識

先來點(diǎn)基本知識,這些應(yīng)該都是書本上、網(wǎng)絡(luò)上的一些基本概要,走個過場 = =!。

基本的運(yùn)算放大器如圖所示:

在這里插入圖片描述

對運(yùn)算放大器做一些基礎(chǔ)的說明(我都忘了以前從哪里抄下來的記在筆記本上的,反正走個過場,):

1、引腳端口

有兩個輸入端口:同相(+)輸入端 和 反向(-)輸入端,一個輸出端口,然后 2個 供電引腳。

2、信號輸入:

當(dāng)輸入信號從 “-” 端口輸入放大器時(shí),輸出端的輸出信號與輸入信號反相;

當(dāng)輸入信號從 “+” 端口輸入放大器時(shí),輸出端的輸出信號與輸入信號同相;

當(dāng)兩個輸入端口同時(shí)輸入信號時(shí),運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)減數(shù)運(yùn)算,輸出信號與較大的一方同相。

3、理想運(yùn)放:

一個理想的運(yùn)算放大器必須具備下列特性(這些東西是理論東西,就算不懂這些名詞,也不影響后面我們會使用運(yùn)放):

無限大的 輸入阻抗、等于零的輸出阻抗、無限大的開環(huán)回路增益、無限大的共模排斥比的部分、無限大的頻寬。

在這里插入圖片描述

特別說明,本文的討論是基于 “理想的運(yùn)算放大器”,并且是通用的運(yùn)算放大器,特殊用途的不在此討論范圍。

下面開始的這些點(diǎn),就是理解運(yùn)放工作的要點(diǎn)了 !??!

1.2 運(yùn)放中的電流

先來說說運(yùn)放工作時(shí)候的電流:

運(yùn)放的輸入端是沒有電流流入或者流出的?。。?! 但是輸出端是可以經(jīng)過電流的?。。?/p>

知道這一點(diǎn)是進(jìn)行后面分析的基礎(chǔ),要說為什么運(yùn)放輸出端是沒有電流的,因?yàn)樗兄鵁o限大 的輸入阻抗。

輸出端的電流流向如下圖所示(電流通過正電源流向輸出,或者通過輸出流向負(fù)電源):

在這里插入圖片描述

輸出端的這些電流是由運(yùn)放的供電端提供的,其實(shí)這里也可以稍微理解一下,為什么運(yùn)放的輸出最大值不可能超過供電電源,輸出的最小值不可能低于負(fù)電源( 電流是從電壓高的地方流向電壓低的地方 )。

1.3 運(yùn)放工作特性

運(yùn)放 Vout 的公式:

Vout = 開環(huán)增益* ( Vin+ - Vin-)

.

開環(huán)增益你可以理解為運(yùn)放本身的“放大倍數(shù)”,他是一個很大很大的值,理想運(yùn)放這個值都是 無限大。

.

所以公式最后基本就是 Vout = 無限大 * 同向輸入端與反向輸入端的差值。

通過這個東西可以告訴我們一個運(yùn)放的特性(要記住):

假如運(yùn)放的 正輸入端的電壓 高于 負(fù)輸入端的電壓 ,即便只高一點(diǎn)點(diǎn),由于開環(huán)增益 無限大,所以他還是會產(chǎn)生他能夠輸出的最大正電壓 。

相反的,假如運(yùn)放的 正輸入端的電壓 低于 負(fù)輸入端的電壓 ,所以他還是會產(chǎn)生他能夠輸出的最大負(fù)電壓 。

對于 負(fù)電源接 0V 的場合,那么他能產(chǎn)生的最大負(fù)電壓也只能是 0 V。

運(yùn)放作為比較器的應(yīng)用就是用到了運(yùn)放的這種工作特性,我曾經(jīng)寫過使用運(yùn)放 作 比較器的文章,到時(shí)候也會來帶給發(fā)燒友的小伙伴!

二、負(fù)反饋

在運(yùn)放電路中,我們經(jīng)常聽到負(fù)反饋,什么是負(fù)反饋? 為什么要引入負(fù)反饋?

2.1 什么是負(fù)反饋?

簡單來說,負(fù)反饋就是把輸出端的電壓,引入到 負(fù)輸入端的操作,如下圖:

在這里插入圖片描述

上面 Vout 電壓通過 R1 電阻引入到 Vin- 端,形成了一個負(fù)反饋電路。

2.2 為什么要引入負(fù)反饋?負(fù)反饋電路分析

在上面我們介紹運(yùn)放工作特性的時(shí)候知道,如果沒有反饋,那么運(yùn)放好像只能用作比較器。這種輸入與輸出并不存在正常的數(shù)學(xué)運(yùn)算的工作方式可能并不是我們想要的。

所以,我們想輸出一個穩(wěn)定的可以計(jì)算的電壓,就需要引入負(fù)反饋,下面是一個最簡單的負(fù)反饋電路分析:

下面的分析還是基于上面的 1.3 小節(jié) 運(yùn)放的工作特性,那個運(yùn)放的工作特性是需要記住的重點(diǎn)!

在這里插入圖片描述

只要記住了運(yùn)放的工作特性,那么所有的反饋都可以以此為基礎(chǔ)進(jìn)行分析。

我們舉一個簡單的例子:

在這里插入圖片描述

上圖中已經(jīng)給出了大部分分析, 分析的前提是基于 運(yùn)放的輸入端沒有電流流入,和 運(yùn)放的工作特性,正輸入端 與負(fù)輸入端在在穩(wěn)定下來的電路中會基本相等。

上圖中繼續(xù)計(jì)算:

( 0 - Vout) / R1 = Vin- /R2

Vout = - (R1/ R2) * Vin-

這里我們只是舉了一個簡單的例子應(yīng)用本文的理論知識進(jìn)行說明計(jì)算,后續(xù)我應(yīng)該會單獨(dú)寫一篇博文來記錄一下常用的運(yùn)放電路分析。

2.3 正反饋

然后有的朋友還會有疑問,既然有負(fù)反饋,那么是不是也有正反饋?

正反饋肯定是有的,但是本文并不打算分析正反饋,我簡單的用幾句話說明一下:

負(fù)反饋降低了電路的放大能力,但能夠改善電路的放大性能,減小了波動,電路穩(wěn)定性更好。

正反饋提高了電路的放大能力(可以自己根據(jù)運(yùn)放特性想象一下), 在正反饋中,輸入和輸出信號的相位相似,因此兩個信號相加,適用于振蕩電路中。

三、提一下虛短與虛斷

對于學(xué)習(xí)運(yùn)放的朋友,看很多文章或者視頻,都會遇到 虛短與虛斷這兩個概念,很多的教學(xué)分析都是基于這兩個概念的,其實(shí)只要了解 運(yùn)放的特性,是否對于這兩個概念自然就懂了。

虛短:

其實(shí)就是在分析反饋電路的時(shí)候,根據(jù)運(yùn)放的特性我們可以知道,電路最后的穩(wěn)定狀態(tài),肯定是 Vin+ 基本等于 Vin- 的。

這種 Vin+ = Vin- ,在分析的時(shí)候就當(dāng)成短路了一樣來分析,但又不是真正的短路,所以叫做虛短。

實(shí)際上記住運(yùn)放的特性就明白了。

虛斷:

虛斷,其實(shí)也就指的是運(yùn)放的輸入端沒有電流流入和流出。

就類似于電路斷開了就沒有電流了,所以分析的時(shí)候把兩個輸入端想象成斷開的,稱為虛斷。

其實(shí)只要知道運(yùn)放的輸入阻抗非常非常高,這點(diǎn)也能很好的明白。

新手是否需要去記這個 虛短與虛斷 看個人把,但是通過本文的分析,你應(yīng)該什么都能夠理解了 = =!

結(jié)語

本文使用了幾個簡單的幾個知識點(diǎn),說明了一下如何去理解分析運(yùn)放。

1、運(yùn)放的輸入端是沒有電流流入或者流出的。

2、假如運(yùn)放的 正輸入端的電壓 低于 負(fù)輸入端的電壓 ,他會產(chǎn)生他能夠輸出的最大負(fù)電壓 ;假如運(yùn)放的 正輸入端的電壓 高于 負(fù)輸入端的電壓 ,他會產(chǎn)生他能夠輸出的最大正電壓 ;

如果能夠理解記住本文的內(nèi)容,那么大家在以后遇到運(yùn)放電路分析的時(shí)候是大大的有幫助的,有些東西沒必要死記硬背,了解運(yùn)放的特性和工作原理,可以讓你在面對不同的運(yùn)放電路時(shí),都能夠得心應(yīng)手。

當(dāng)然,在實(shí)際應(yīng)用中我們常用的運(yùn)放電路也就那么一些,有時(shí)間我會單獨(dú)寫一篇博文應(yīng)用本文的知識點(diǎn)進(jìn)行分析。

好了,本文就到這里! 謝謝大家!

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點(diǎn)僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請聯(lián)系本站處理。 舉報(bào)投訴
  • 運(yùn)算放大器
    +關(guān)注

    關(guān)注

    215

    文章

    4966

    瀏覽量

    173373
  • 運(yùn)放
    +關(guān)注

    關(guān)注

    47

    文章

    1169

    瀏覽量

    53215
收藏 人收藏

    評論

    相關(guān)推薦

    如何使用運(yùn)算放大器進(jìn)行模擬信號處理

    、了解運(yùn)算放大器的基本特性 運(yùn)算放大器具有高增益、高輸入阻抗和低輸出阻抗等特性。其輸入端包括非反相輸入端(+)和反相輸入端(-),輸出端則提供放大后的信號。運(yùn)算放大器通常通過負(fù)反饋電路
    的頭像 發(fā)表于 12-18 17:31 ?510次閱讀

    運(yùn)算放大器的輸入輸出特性 運(yùn)算放大器的噪聲分析與抑制

    運(yùn)算放大器的輸入輸出特性 1. 輸入特性 運(yùn)算放大器的輸入特性主要體現(xiàn)在其輸入阻抗和輸入偏置電流上。 輸入阻抗 :理想的運(yùn)算放大器應(yīng)具有無限大的輸入阻抗,以避免對信號源產(chǎn)生負(fù)載效應(yīng)。實(shí)際的運(yùn)算
    的頭像 發(fā)表于 12-18 15:45 ?509次閱讀

    線性運(yùn)算放大器和非線性運(yùn)算放大器的區(qū)別

    線性運(yùn)算放大器和非線性運(yùn)算放大器的主要區(qū)別體現(xiàn)在它們的工作區(qū)域、輸入輸出關(guān)系、電路功能以及應(yīng)用領(lǐng)域等方面。以下是對這兩者的對比: 一、工作區(qū)域 線性運(yùn)算放大器 :工作在線性區(qū),此時(shí)輸出信號與輸入信號
    的頭像 發(fā)表于 12-18 15:41 ?832次閱讀

    運(yùn)算放大器和普通放大器的區(qū)別

    在電子電路設(shè)計(jì)中,放大器是必不可少的組件之一。它們用于增強(qiáng)信號的幅度,以便進(jìn)行進(jìn)一步的處理或傳輸。運(yùn)算放大器和普通放大器是兩種常見的放大器類型,它們在應(yīng)用、性能和設(shè)計(jì)上有著顯著的差異。
    的頭像 發(fā)表于 12-18 15:31 ?515次閱讀

    運(yùn)算放大器的基本原理 運(yùn)算放大器的應(yīng)用實(shí)例

    運(yùn)算放大器的基本原理 1. 基本結(jié)構(gòu) 運(yùn)算放大器通常由兩個輸入端(反相輸入端和非反相輸入端)、一個輸出端以及電源端組成。內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括差分放大器、增益級和輸出級。 2. 差分放大器 差分
    的頭像 發(fā)表于 12-18 15:25 ?924次閱讀

    認(rèn)識運(yùn)算放大器

    認(rèn)識運(yùn)算放大器 運(yùn)算放大器(簡稱“運(yùn)放”)是具有很高放大倍數(shù)的放大電路單元。內(nèi)部集成了差分放大器、電壓
    的頭像 發(fā)表于 11-19 10:26 ?611次閱讀
    認(rèn)識<b class='flag-5'>運(yùn)算放大器</b>

    同相運(yùn)算放大器的應(yīng)用場景

    同相運(yùn)算放大器(Inverting Operational Amplifier,簡稱Inverting Op-Amp)是一種常見的運(yùn)算放大器配置,它利用負(fù)反饋原理來實(shí)現(xiàn)信號的放大、濾波、積分、微分
    的頭像 發(fā)表于 09-05 11:16 ?823次閱讀

    運(yùn)算放大器的虛短虛斷,怎么理解?

    、積分、微分等運(yùn)算。而虛短和虛斷是運(yùn)算放大器在理想情況下的兩個重要特性,它們對于理解和設(shè)計(jì)運(yùn)算放大器電路具有重要意義。 一、虛短特性 虛短定義 虛短(Virtual Short)是指在
    的頭像 發(fā)表于 08-06 15:21 ?5075次閱讀

    運(yùn)算放大器的輸入電阻怎么算

    運(yùn)算放大器(Operational Amplifier,簡稱Op-Amp)是一種具有高增益、高輸入阻抗、低輸出阻抗的模擬集成電路。在許多電子電路中,運(yùn)算放大器被廣泛應(yīng)用于信號放大、濾波、比較、積分
    的頭像 發(fā)表于 07-12 11:47 ?2451次閱讀

    運(yùn)算放大器和儀表放大器的區(qū)別

    在電子工程領(lǐng)域,運(yùn)算放大器和儀表放大器是兩種常見的放大電路,它們在許多電子設(shè)備和系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。盡管兩者在功能上都涉及到信號的放大,但它們在結(jié)構(gòu)、特性、應(yīng)用等方面存在著顯著的區(qū)別
    的頭像 發(fā)表于 05-30 18:01 ?3609次閱讀

    解運(yùn)算放大器電路中的功耗設(shè)計(jì)

    為了了解運(yùn)算放大器電路中的功耗問題,我們首先明白具有低靜態(tài)電流 (IQ)的放大器以及增加反饋網(wǎng)絡(luò)電阻值與功耗之間的關(guān)系。
    的頭像 發(fā)表于 05-09 09:25 ?888次閱讀
    了<b class='flag-5'>解運(yùn)算放大器</b>電路中的功耗設(shè)計(jì)

    什么是理想的運(yùn)算放大器?運(yùn)算放大器的基本應(yīng)用

    運(yùn)算放大器廣泛適用于各種物聯(lián)網(wǎng)家用電器和其它電子應(yīng)用領(lǐng)域的各類用途。例如,運(yùn)算放大器用于放大來自傳感器和測量儀器的模擬信號。
    發(fā)表于 03-22 11:43 ?2799次閱讀
    什么是理想的<b class='flag-5'>運(yùn)算放大器</b>?<b class='flag-5'>運(yùn)算放大器</b>的基本應(yīng)用

    運(yùn)算放大器輸出電壓與輸入電壓關(guān)系

    和系統(tǒng)中。在本文中,將詳細(xì)探討運(yùn)算放大器的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系。 首先,了解運(yùn)算放大器的基本原理非常重要。一個典型的運(yùn)算放大器由一個差動放大器和一個輸出級組成。差動
    的頭像 發(fā)表于 02-23 15:31 ?5843次閱讀

    公式+案例 搞定同相運(yùn)算放大器

     同相運(yùn)算放大器是一種運(yùn)算放大器,其輸出電壓和輸入電壓同相。反饋是通過一個電阻從運(yùn)算放大器的輸出獲取到運(yùn)算放大器的反相輸入,另一個電阻接地。
    發(fā)表于 02-15 11:02 ?1.6w次閱讀
    公式+案例 搞定同相<b class='flag-5'>運(yùn)算放大器</b>

    運(yùn)算放大器的工作原理 運(yùn)算放大器的計(jì)算公式

    運(yùn)算放大器(Operational Amplifier, 簡稱 Op Amp)是一種電子放大器,具有高放大倍數(shù)、寬帶頻率響應(yīng)和低失真度等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于模擬電路中。本文將詳細(xì)介紹運(yùn)算放大器
    的頭像 發(fā)表于 01-30 14:18 ?4749次閱讀