運算放大器簡介以及常見運放電路

2021-07-05 17:00:01 字數 2198 閱讀 2946

運算放大器(operational amplifier),簡稱運放(op或opa或opamp),顧名思義,是一種具有高放大倍數的電路單元,在實際中,經常結合反饋網路組成某種功能模組,如同向放大器、反向放大器、加法器、減法器、積分電路、微分電路、差分放大器等等。

運算放大器至少包括三個埠,即正輸入端(op_p)、負輸入端(op_n) 和輸出端(op_o)。其結構如下圖所示。

運算放大器的電壓放大倍數很大,而其輸出電壓有限,因此運算放大器的差模輸入電壓很小,兩個輸入埠電位近似相等,相當於「短路」。在分析運放處於線性狀態時,可把兩個輸入埠看作等電位,稱作虛假短路,簡稱「虛短」。

運算放大器的差模電阻很大,從而導致流入運算放大器的電流很小,遠遠低於輸入端外電路的電流,相當於「開路」。在分析運放處於線性狀態時,可把兩個輸入埠看作開路,稱作虛假斷路,簡稱「虛斷」。

在圖一中,運算放大器的同向接入端接地為0v,反向接入端由於與同向接入端虛短,故也為0v。反向輸入端由於輸入電阻很高,虛斷,故r1與r2可看作是串聯在一起的,流過它們的電流相同。i1 = (vi - v-)/r1,i2 = (v- - vout)/r2,v- = v+ = 0,i1 = i2,四式聯立可解得vout = (-r2/r1)*vi,因此該電路為反向放大器。

在圖二中,由於虛短,有vi = v-。由於虛斷,運放的反向端沒有電流出入,r1與r2相當於串聯,流過的電流大小相等,設為i,故有i = vout/(r1+r2),v-= i*r2。因此,三式聯立解得vout=vi*(r1+r2)/r2,因此該電路為同向放大器。

在圖三中,由於虛短,有v-= v+= 0。由於虛斷,電路可看做r1與r2併聯,再與r3併聯,故有i1+i2=i3,即(v1 – v-)/r 1 + (v2 – v-)/r2 = (vout – v-)/r3。兩式聯立解得v1/r1 + v2/r2 = vout/r3,若有r1=r2=r3,則有vout=v1+v2,因此該電路為加法器。

在圖四中,由於虛短,有v+ = v-。由於虛斷,有i1=i2,i3=i4,即(v1 – v+)/r1 = (v+ - v2)/r2,(vout – v-)/r3 = v-/r4。在r1=r2,r3=r4情況下可解得vout = v1 + v2,因此該電路為加法器。

在圖五中,由於虛短,有v+ = v-。由於虛斷,有i1=i2,i3=i4,即(v2 – v+)/r1 = v+/r2,(v1 – v-)/r4 = (v- - vout)/r3。在r1=r2,r3=r4情況下可解得vout=v2-v1,因此該電路為減法器。

在圖六中,由於虛短,有v-=v+=0。由於虛斷,流過r1和c1的電流相等,流過r1的電流為i=v1/r1,流過c1的電流為i=c*duc/dt=-c*dvout/dt,因此可解得vout=((-1/(r1*c1))∫v1dt,即輸出電壓與輸入電壓對時間的積分成正比,因此該電路為積分電路。

在圖七中,由於虛短,有v-=v+=0。由於虛斷,流過c1與r2的電流相等,流過c1的電流為i= c*duc/dt=c*dv1/dt,流過r2的電流為i=(v- -vout)/r2,聯立可解得vout = -(r2*c1)dv1/dt,即輸出電壓與輸入電壓對時間的微分成正比,因此該電路為微分電路。

在圖八中,由於虛短,有vx = v1,vy = v2,vu = vw。由於虛斷,r1、r2和r3相當於串聯,流過他們的電流相等,即(vo1-vx)/r1=(vx-vy)/r2=(vy- vo2)/r3=(vo1- vo2)/ (r1+r2+r3);r4、r5相當於串聯,流過它們的電流相等,在r4=r5情況下,有vout – vu = vu – vo1;r6、r7相當於串聯,流過的電流相等,在r6=r7情況下,有vw = vo2/2。

以上各式聯立可解得vout = vo2 – vo1= (vy –vx)(r1+r2+r3)/r2,由於(r1+r2+r3)/r2為定值,因此可確定差值(vy –vx)的放大倍數,故該電路為差分放大電路。

電路基礎 運算放大器 多運放電路

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