一、背景
運算放大器作為常用器件,對于其基本工作計算原理,你是否很清晰呢? 如下圖所示,電路工作原理如何,下面的文章,對運放基礎知識進行梳理。
二、運放基本原理及計算常用知識
理想運算放大器如圖所述,
它具有2個差分的輸入端u 和u-,一個單端輸出端uo,它們之間具有的關系, 其中Auo為運放的開環電壓增益。
uo = Auo(u -u-)
理想運放具有如下特點:
1. Auo足夠大,一般無窮大,它的下限截至頻率為0,上限截至頻率無窮大。
2. 兩個輸入端均具有無窮大的輸入阻抗,即流進、流出的電流為0。
3. 輸出端輸出電阻為0。
由以上特點,衍生出2個 非常重要的概念,也是其工作在線性區經常用到的概念,需牢記。
a. 虛短的概念
由公式uo = Auo(u -u-)可知,因為開環增益為無窮大,即u -u-接近0,相當于短路,但是真實不是短路的,所以為虛短,在後面的計算中經常用到。
b. 虛斷的概念
因為輸入端的電阻無窮大,電流為0,看起來就像斷開,實際并未斷開,所以是虛斷。
三、原理運用
有了以上基礎,再看第一張圖;其中U3 根據 虛短的概念,3腳和2腳相等,而3腳是輸入,6腳是輸出,且6腳和2腳相連,因此 輸入和輸出相等,所以它就是通常所說的電壓跟随器。
下面U4 A因為其為開環,所以其未工作在運放的線性區,因此不必用虛短和虛端的概念去分析,它就是放大倍數無窮大,工作在2個極端,為運放的供電電源,運放的參考地,在實際應用中的器件,将其稱為比較器;即2腳比3腳電壓高,則輸出為芯片的參考GND電源,2腳比3腳電壓低,則輸出接近芯片的電源電壓。
U8 A是帶有反饋的運放,就可以用虛短和虛斷的概念去分析了,虛短,2腳和3腳相等,3腳下拉對GND,因此2腳電壓為0;虛斷,流入2腳的電流為0;因此流過R12和R13的電流相等;因此(Ui-0)/R12= (0-Uo)/R13;因此
Uo=-(Ui/R12)*R13;就是通常說的反向放大電路;在這個電路中,因R12和R13相等,相當于輸出反向。
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