序言:运算放大器,简称运放,是常用的高精度微小信号放大器件,它有很多令人称奇的使用方法。典型的运放具有一个同相输入端,一个反相输入端,两个直流电源引脚(正极和负极),一个输出端和附加的调零引脚。在实际电路图中,电源的正负极和附加的调零引脚经常被省略。
初看运放并不能给人留下很深的印象——当输入端电压稍微有所不同,输出端就会从一个输出最大值转换到另一个最大值。就此而言,它的应用范围确实很窄。但是引入负反馈后,运放成为非常有用的器件。
典型运放放大器
就运算放大器本身而言,其工作原理是很简单的。若反相端的电压v-比同相端的电压v+高,输出端的电压将趋于负电源电压-vs。反之,若v+ > v-,输出电压将趋于正电源电压+vs,即:只要两个输入端电压有微小的不同,运放便会有最大输出电压。
同/反相输出波形
当把输出端的信号反馈到反相输入端(这就是负反馈),运放的放大倍数就可以得到控制——防止运放输出饱和。
例:将一个反馈电阻
连接在输出端和反相输入端之间,如下图,输出端输出的信号电压取决于反馈电阻的大小:
输出的负极线信号是反馈信号连接到放大器的反相输入端——反相的结果。由上式可知,调整反馈电阻
的大小,就可以调整输出信号的幅值大小,即调整放大倍数。
扩展:在负反馈回路中增加其它器件,放大器还可以实现其它大量有趣的功能。如:电压调节电路、电流-电压变换器、电压-电流变换器、振荡电路、运算电路(加/减/乘/除/积分器等)、波形发送器、滤波器、整流器、峰值检波器和采样保持电路等。
运算放大器的内电路主要由:若干个三极管、电阻和电容组成的集成电路。下图为一块通用廉价的双极性运算放大器原理图。
运算放大器由三个最基本的部分构成:高输入阻抗差动放大器、带有电平变换()的高增益电压放大器和低输出阻抗放大器。实际运用中,运算放大器的实际结构要复杂得多,但这不影响对输入输出特性的理解。这就是说,我们在实际运用过程中没必要去了解运算放大器电路内部工作过程,只要记住一些与输入、输出有关的规律即可。这看起来好像是在回避难点,但却很有效!
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