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什么是运算放大器?

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

许多教材和参看攻略将运算扩大器(运放)界说为能够履行各种功用或操作(如扩大、加法和减法)的专用集成电路(IC)。尽管我赞同这个界说,但仍需重视芯片的输入引脚的电压。

当输入电压持平时,运算扩大器一般在线性范围内作业,而运算扩大器正是在线性范围内精确地履行上述功用。但是,运算扩大器只能改动一个条件来使输入电压持平,即输出电压。因而,运算扩大器的输出一般以某种方法连接到输入,这种一般被称为电压反应。

在本文中,我将解说一个通用电压反应运算扩大器的根本操作,并请您参看其他内容以了解更多信息。


运算扩大器规划

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图1描绘了运算扩大器的规范示意图符号。有两个输入端( IN+,  IN-)、一个输出端(OUT)和两个电源端( V+,  V-)。这些端的称号或许因制造商而异,乃至单个制造商也或许运用不同的称号,但它们仍然是相同的五个端。

例如,您或许会看到 Vcc 或 Vdd 而不是V+。又或许,您或许会看到 Vee 或 Vss 而不是 V-。电源端子的其他标签会有所不同,由于它们指的是器材内部的晶体管类型。例如,当在运算扩大器内部运用双极结型晶体管(BJT)时,电源对应于BJT的集电极和发射极: Vcc 和 Vee 。在运算扩大器内部运用场效应晶体管(FET)时,电源标签与FET的漏极和源极相对应: Vdd和 Vss 。现在,许多运算扩大器一起包括BJT和FET,因而V+和V-是常见的标签,与器材内部的晶体管无关。简言之,不要太介意引脚标签,只需了解它们的效果即可。

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图1:通用型运算扩大器示意图符号

等式1表明运算扩大器的传递函数:

(1)

在等式1中, AOL 被称为“开环增益”。在现代运算扩大器中,它一般是一个非常大的值(120 dB或1,000,000 V/V)。例如,假如 IN+和 IN-之间的电压差仅为1mV,运算扩大器将测验输出1000V!在这种装备中,运算扩大器不在线性区域内作业,由于输出不能使输入互相持平(记住,抱负情况下 In+等于 In-)。因而,运算扩大器需求一种方法来操控开环增益,即经过负反应来完成。

图2描绘了作为反应操控系统一部分的运算扩大器。您会留意到输出OUT经过一个标记为ß的块反应到负输入IN-。ß被称为反应因子,一般运用电阻来下降输出电压。

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图2:负反应运算扩大器

图3比较了开环运算扩大器和负反应运算扩大器。这些 TINA-TI™软件仿真电路 选用的运放是近乎抱负的运放,加了电源来约束输出电压。留意,关于左边的开环装备,输出简直等于正电源(V+)。这是由于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扩大,开环增益会强制输出到其间一个电源电压。在图3右侧的负反应或闭环电路中,运算扩大器输出上的分压器需求200 mV的输出电压,以便使反相和同相输入持平。

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图3:开环(左)与负反应(右)

输入电压的扩大称为增益。它是反应回路中电阻值的函数。等式2描绘了图3中右边电路的增益方程,这便是所谓的同相扩大器。您将看到计算出的输出电压与仿真相符。假如您想要了解有关此电路(以及其他常见的运算扩大器电路,如缓冲器、同相扩大器和差分扩大器)的更多信息,您能够下载电子书 模仿工程师电路攻略:扩大器”

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