模電 工作中常用放大器的放大倍數計算(一)

2021-10-22 18:04:18 字數 3038 閱讀 6264

加法器首先我們來講講在模電中,各種放大倍數符號的對比:

然後,放大倍數指的是什麼呢?

放大作用是針對變化量而言的,對於放大電路而言,其放大倍數指的是輸出訊號與輸入訊號的變化量之比。對於電壓放大倍數或者電流放大倍數,其輸入與輸出的變化量也不一樣。

當我們在討論放大器之前,我們首先要知道放大器的虛短(短路)和虛斷(斷路)是怎麼回事?

由於運放的電壓放大倍數很大,一般的通用型運算放大器的開環電壓放大倍數都在80 db以上(即1萬倍以上)。而運放的輸出電壓是有限的,一般在10 v~14 v。因此可以推算出運放的差模輸入電壓不足1 mv,兩輸入端近似等電位,相當於 「短路」。開環電壓放大倍數越大,兩輸入端的電位越接近相等。

「虛短」是指在分析運算放大器處於線性狀態時,可把兩輸入端視為等電位,這一特性稱為虛假短路,簡稱虛短。顯然不能將兩輸入端真正短路。虛短得出正負輸入端等電位的結論。

虛短的存在是有條件的,這個條件是「運放要處於放大狀態且開環增益很大」,(因為要確保運放的開環增益很大,運放處於不同的工作狀態會影響開環增益,比如進入飽和區的開環增益a與放大區的開環增益a是不同的!因此才要運放處於放大狀態)要滿足這個條件只有兩種狀態:

在開環電路中,輸入兩端的電壓差非常小,不會讓運放飽和;

在閉環的深度反饋電路中。

「虛斷」相對於「虛短」理解起來就容易多了,即電流流向運放輸入端幾乎為零,在上圖中體現在i1等於i2,這是由於運放輸入差模電阻很大,理想運放可近似看為無窮大,如果輸入差模電阻是無窮大也就是開路了,所以並沒有電流流入,實際運放雖說不是無窮大,但是這個值很大,一般都在1mω以上,因此流向運放輸入端電流很小(可以反推,如果電流為1ma,就會產生很高的輸入差模電壓,顯然運放不能正常工作了),因此可以近似看為斷路,並不是真正的斷路,也就是「虛斷」。虛斷的存在是無條件的,因為這是由它的內部結構決定的,輸入電阻大,電流進不去。虛斷得出電流不流入流出放大器輸入端,而外端電流相等的結論。

當我們在日常的工作中,經常能夠看到這樣的原理圖出在電路圖中,我們如何知道它的輸出電壓和放大倍數呢?

首先,我們來說這個結構是電壓跟隨器,實現的是輸出電壓跟隨輸入電壓的變化的一類電子元件。也就是說,電壓跟隨器的電壓放大倍數恆小於且接近1。由上面講到的虛短性質,很容易得到ui=up=un=uo。

電壓追隨器的作用:

運放的同向端接地為0v,反向端和同向端虛短,所以也是0v,反向輸入端輸入電阻很高,虛斷,幾 乎沒有電流注入和流出,那麼r1和r2相當於是串聯的,流過乙個串聯電路中的每乙隻元件的電流是相同的,即流過r1的電流和流過r2的電流是相同的。

流過 r1的電流

流過r2的電流

又因為其

所以可以得到其輸出電壓為

所以其放大倍數au就可以得到

viv-虛短,則vi=v-

因為虛短,反向輸入端沒有電流輸入輸出,通過r1r2的電流相等,假設此電流為i,則可以得到該電流表示式:

vi等於r2上的分壓,即所謂的

由上式可知:

所以其放大倍數au就可以得到

加法器是指輸出訊號是幾個輸入訊號之和的放大器。根據其實現的功能,可以將其分為同相加法器和反相加法器。

由於虛斷,同相運放輸入端沒有電流流過,所以流過r1r2的電流一樣大。同理可知,流過 r3 和r4 的電流也相等。

所以:又因為虛短,則v+ = v-

所以可以得到其voutv+

由於虛短,v+ = v- = 0i1 + i2 =i3

根據虛斷以及kcl可知,通過r1r2的電流之和等於通過r3的電流。

反相輸入求和電路的實質是利用 「虛地 」 與 「 虛斷」 的特點,通過各路輸入電流相加的放法來實現輸入電壓的相加。

運算放大器工作原理

虛短 是指在分析運算放大器處於線性狀態時,可把兩輸入端視為等電位,這一特性稱為虛假短路,簡稱虛短。顯然不能將兩輸入端真正短路。虛斷 是指在分析運放處於線性狀態時,可以把兩輸入端視為等效開路,這一特性 稱為虛假開路,簡稱虛斷。顯然不能將兩輸入端真正斷路。圖一運算放大器的同向端接地 0v,反向端和同向端...

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