了解运算放大器的基本使用方法(运算放大器的基础知识)

一、背景

运算放大器作为常用器件,对于其基本工作计算原理,你是否很清晰呢? 如下图所示,电路工作原理如何,下面的文章,对运放基础知识进行梳理。

了解运算放大器的基本使用方法(运算放大器的基础知识)(1)

二、运放基本原理及计算常用知识

理想运算放大器如图所述,

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它具有2个差分的输入端u 和u-,一个单端输出端uo,它们之间具有的关系, 其中Auo为运放的开环电压增益。

uo = Auo(u -u-)

理想运放具有如下特点:

1. Auo足够大,一般无穷大,它的下限截至频率为0,上限截至频率无穷大。

2. 两个输入端均具有无穷大的输入阻抗,即流进、流出的电流为0。

3. 输出端输出电阻为0。

由以上特点,衍生出2个 非常重要的概念,也是其工作在线性区经常用到的概念,需牢记。

a. 虚短的概念

由公式uo = Auo(u -u-)可知,因为开环增益为无穷大,即u -u-接近0,相当于短路,但是真实不是短路的,所以为虚短,在后面的计算中经常用到。

b. 虚断的概念

因为输入端的电阻无穷大,电流为0,看起来就像断开,实际并未断开,所以是虚断。

三、原理运用

有了以上基础,再看第一张图;其中U3 根据 虚短的概念,3脚和2脚相等,而3脚是输入,6脚是输出,且6脚和2脚相连,因此 输入和输出相等,所以它就是通常所说的电压跟随器。

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下面U4 A因为其为开环,所以其未工作在运放的线性区,因此不必用虚短和虚端的概念去分析,它就是放大倍数无穷大,工作在2个极端,为运放的供电电源,运放的参考地,在实际应用中的器件,将其称为比较器;即2脚比3脚电压高,则输出为芯片的参考GND电源,2脚比3脚电压低,则输出接近芯片的电源电压。

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U8 A是带有反馈的运放,就可以用虚短和虚断的概念去分析了,虚短,2脚和3脚相等,3脚下拉对GND,因此2脚电压为0;虚断,流入2脚的电流为0;因此流过R12和R13的电流相等;因此(Ui-0)/R12= (0-Uo)/R13;因此

Uo=-(Ui/R12)*R13;就是通常说的反向放大电路;在这个电路中,因R12和R13相等,相当于输出反向。

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