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什么是運(yùn)算放大器

汽車(chē)電子技術(shù) ? 來(lái)源:硬件小白 ? 作者:硬件小白 ? 2023-02-22 09:25 ? 次閱讀

運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介

OP放大器 (Operational Amplifier)即運(yùn)算放大器 (簡(jiǎn)稱(chēng)運(yùn)放”) 是具有很高放大倍數(shù)的電路單元。在實(shí)際電路中通常結(jié)合反饋網(wǎng)絡(luò)共同組成某種功能模塊。它是一種帶有特殊耦合電路及反饋的放大器。其輸出信號(hào)可以是輸入信號(hào)加、減或微分、積分等數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果。由于早期應(yīng)用于模擬計(jì)算機(jī)中,用以實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)運(yùn)算,故得名“運(yùn)算放大器”。運(yùn)放是一個(gè)從功能的角度命名的電路單元可以由分立的器件實(shí)現(xiàn),也可以在半導(dǎo)體芯片當(dāng)中實(shí)現(xiàn)隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展,大部分的運(yùn)放是以單芯片的形式存在。運(yùn)放的種類(lèi)繁多,廣泛應(yīng)用于電子行業(yè)當(dāng)中。

一、運(yùn)放特點(diǎn)

1、開(kāi)環(huán)放大公式:Vo=Avo(V+-V)

2、開(kāi)環(huán)放大增益非常大105。

3、輸入阻抗非常大。(虛斷)

4、輸出阻抗非常小。

![圖片](https://mmbiz.qpic.cn/sz_mmbiz_png/YPTyriaSMm7s4IibUjwxbB07oUKOJo68S2fOD8o0nhJOYHmaqia88Dc2dGNnsribRAJo8y1N9fyXQWqAMn7AHD6LLg/640?wx_fmt=png&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1)

圖片二、運(yùn)放工作電路特點(diǎn)

1、運(yùn)算電路中的集成運(yùn)放應(yīng)當(dāng)工作在線性區(qū)

2、電路中必須引入負(fù)反饋。且引入電壓負(fù)反饋

三、虛短和虛斷是分析運(yùn)算電路的基本出發(fā)點(diǎn)

1、兩個(gè)輸入端,輸入電壓和輸入電流均為零,相當(dāng)于輸入端是斷開(kāi)的,所以稱(chēng)之為虛斷

2、無(wú)論輸入電壓,還是輸出電壓,它的電位是相等的。相當(dāng)于短路的一樣,所以稱(chēng)之為虛短。

四、運(yùn)算放大器的分類(lèi)

通用運(yùn)算放大器:通用型運(yùn)算放大器就是以通用為目的而設(shè)計(jì)的。這類(lèi)器件的主要特點(diǎn)是價(jià)格低廉、產(chǎn)品量大、涵蓋面廣,其性能指標(biāo)能適合于一般性使用。例如LM358 (雙運(yùn)放)、LM324 (四運(yùn)放)及以場(chǎng)效應(yīng)管為輸入級(jí)的LF356都屬于此種。它們是目前應(yīng)用最為廣泛的集成運(yùn)算放大器

精密運(yùn)放放大器:在精密儀器、弱信號(hào)檢測(cè)等自動(dòng)控制儀表中,希望運(yùn)放的失調(diào)電壓要小,且不隨溫度的變化而變化。底溫漂型運(yùn)放就是為此設(shè)計(jì)的。目前常用的低溫漂型運(yùn)放有OP07、OP27、OP37、AD508及MOSFET組成的斬波穩(wěn)零型低溫漂移器件ICL7650等

高速運(yùn)放放大器:在快速A/D和D/A轉(zhuǎn)換器視頻放大器中,要求集成運(yùn)算放大器的轉(zhuǎn)換速率SR(也稱(chēng)壓擺率)一定要高,單位增益帶寬BWG一定要足夠大,通用型集成運(yùn)放是不能適合于高速應(yīng)用的場(chǎng)合的。高速型運(yùn)算放大器主要特點(diǎn)是具有高的轉(zhuǎn)換速率和寬的頻率響應(yīng)。常見(jiàn)的運(yùn)放有LM318等,其SR=50~70V/us,BWG>20MHz

高阻型運(yùn)算放大器:這類(lèi)集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn)是差模輸入阻抗非常高,輸入偏置電流非常小,一般R>1G~1T2,一般為幾皮安到幾十皮安。實(shí)現(xiàn)這些指標(biāo)的主要措施是利用場(chǎng)效應(yīng)管高輸入阻抗的特點(diǎn),用場(chǎng)效應(yīng)管組成運(yùn)算放大器的差分輸入級(jí)。用FET作輸入級(jí),不僅輸入阻抗高,輸入偏置電流低,而且具有高速寬帶和低噪聲等優(yōu)點(diǎn),但輸入失調(diào)電壓較大。常見(jiàn)的集成器件有LF355、LF347 (四運(yùn)放)及輸入阻抗更高的CA3130、CA3140等

低功耗型運(yùn)算放大器:由于電子電路集成化的最大優(yōu)點(diǎn)是能使復(fù)雜電路小型輕便,所以隨著便攜式儀器應(yīng)用范圍的擴(kuò)大,就必須使用低電源電壓供電、低功率消耗的運(yùn)算放大器。常用的運(yùn)算放大器有TL-022C、TL060C等,其工作電壓為+2V+18V、消耗電流為5250uA。目前有的產(chǎn)品功耗已達(dá)uw級(jí)。

編程控制運(yùn)算放大器:在儀器儀表的使用過(guò)程中都會(huì)涉及到量程的問(wèn)題。為了得到固定電壓的輸出,就必須改變運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)。例如:一個(gè)運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)為10倍,輸入信號(hào)為1mv時(shí),輸出電壓為10mv,當(dāng)輸入電壓為0.1mv時(shí),輸出就只有1mv,為了得到10mv就必須改變放大倍數(shù)為100。程控運(yùn)放就是為了解決這一問(wèn)題而產(chǎn)生的。

高壓大功率運(yùn)算放大器: 運(yùn)放的輸出電壓主要受供電電源的限制。在普通運(yùn)放中,輸出的電壓最大值一般僅有幾十伏,輸出電流僅幾十毫安,若要提高多輸出電壓或輸出電流,運(yùn)放外部必須要加輔助電路。高壓大功率運(yùn)放外部不需要附加任何電路,即可輸出高電壓和大電流。D41運(yùn)放的電源電壓可達(dá)+150V,uA791運(yùn)放的輸出電流可達(dá)1A。

五、設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)資源

圖片

https://www.ti.com.cn/zh-cn/amplifier-circuit/op-amps/audio/overview.html

六、反相比例運(yùn)算電路

圖片

七、T型網(wǎng)絡(luò)反相比人例運(yùn)算電路

圖片

案例:設(shè)計(jì)一個(gè)放大器,輸入阻抗是100K,放大倍數(shù)AV=80倍用于小信號(hào)放大。輸入輸出相位相反。

公式: 圖片

確定輸入電阻: Ri=R1=100K

確定R2與R4;R2=R4=100K

確定R3

因(R2+R4)/R1+ (R2R4/ R1R3)=80 所以R2R4/ R1R3=78 所以R3=1.282K 取值1.27K

R5=R1//{R2+(R3//R4)}=50.3K 取值51K

總結(jié)電路特點(diǎn):

輸入阻抗可以設(shè)置得比較大。

用相對(duì)小的反饋電阻可以將增益設(shè)計(jì)得比較大反饋網(wǎng)絡(luò)電阻較小,抗千擾能力強(qiáng)

反饋網(wǎng)絡(luò)電阻較小,抗干擾能力強(qiáng)普通反饋電阻太大時(shí),抗干擾能力就會(huì)越差,而且電感效應(yīng)越明顯

八、同相比例運(yùn)算電路

圖片

圖片電壓跟隨器作用:

1、作為電路中的緩沖級(jí)

2、作為電路中的隔離級(jí)

3、提高電路的帶負(fù)載能力

在同相比例運(yùn)算電路中,若將輸出電壓全部反饋到反向輸入端,就構(gòu)成了電壓跟隨器。電路引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋,反饋系數(shù)為1。

U。= Ux = Up U,= Ui

反饋電阻:

1、當(dāng)信號(hào)源內(nèi)阻較大時(shí)候,添加一個(gè)與信號(hào)源內(nèi)阻相同反饋電阻,可以減少輸出失調(diào)電壓,提高精度

2、當(dāng)電路發(fā)生阻塞時(shí)候,可以限制反饋電流,保護(hù)輸入端。

九、反相求和運(yùn)算電路 (Ui=Uo)

圖片

十、同相求和運(yùn)算電路

圖片

圖片

十一、加減運(yùn)算電路

圖片

十二、差分比例運(yùn)算電路

圖片

圖片

十三、積分運(yùn)算電路

圖片

圖片

圖片

解答問(wèn)題1.當(dāng)輸入給它個(gè)信號(hào)的時(shí)候,這個(gè)信號(hào)給電容充電,說(shuō)明有電流流過(guò),那就證明這個(gè)反饋是存在的,當(dāng)電容一直能到負(fù)的VCC的時(shí)候,這個(gè)電容上面的電流就消失了。沒(méi)有電流之后,電容相當(dāng)于是個(gè)開(kāi)路,開(kāi)路時(shí)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)是無(wú)窮大的。所以輸出的電壓接近于電源電壓,這時(shí)運(yùn)放進(jìn)入飽和狀態(tài)

解答問(wèn)題2.因?yàn)檫@個(gè)電路進(jìn)入飽和才需要增放這個(gè)反饋電阻。如果沒(méi)有反饋電阻的存在的話這個(gè)飽和就不會(huì)產(chǎn)生。反饋電阻加進(jìn)來(lái)對(duì)整個(gè)電有一定的影響的,如果這個(gè)電路工作在高頻狀態(tài)的話,這個(gè)電阻通常是不需要的。

積分運(yùn)算電路的作用:

1、可以將方波變換成三角波; 2、可以將正弦信號(hào)變成余弦信號(hào)

圖片

十四、同相積分運(yùn)算電路

圖片

十五、微分運(yùn)算電路

圖片

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