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独家秘笈 | 运算放大器分析

2020/07/09
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本文旨在学习如何快速简单地对运算放大器进行分析;

1 运算放大器(OPAMP)

2 虚短和虚断

3 反向放大器

3.1 典型电路

3.2 放大倍数

3.3 仿真结果

4 同向放大器

4.1 双电源

4.2 双电源同向放大器仿真结果

4.3 单电源

4.4 双电源同向放大器仿真结果

5 总结

1 . 运算放大器(OPAMP)

集成运算放大器有同向输入端和反向输入端,具体如下图所示;

 

 

,集成运放最终放大的是差模信号,在没有引入反馈的情况下,电压的放大倍数为差模开环放大倍数,因此当运放工作在线性区域的时候,满足

 

 

集成运放的电压传输特性如下图所示;

 

 

工作在线性区的时候,则曲线的斜率为电压的放大倍数;

工作在非线性区的时候,即处于饱和状态的情况下,

2. 虚短和虚断

虚短前面提到,集成运算放大器的开环放大倍数很大,一般通用型的运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB以上,但是运放的输出电压是有限制的,一般在10V~14V,然而运放的差模输入电压不足1 mV,因此可以输入两端可以近似等电位,就相当于 短路。  开环电压放大倍数越大,两输入端的电位越接近相等,这种特性称之为虚短

虚断集成运算放大器具有输入高阻抗的特性,一般同向输入端和反向输入端的输入电阻都在1MΩ以上,所以输入端流入运放的电流往往小于1uA,远小于输入端外电路的电流。所以这里通常可把运放的两输入端视为开路,并且运放的输入电阻越大,同向和反向输入两端越接近开路。在运放处于线性状态时,根据这个特性可以把两输入端视为等效开路,简称虚断

3 . 反向放大器

3.1 典型电路

3.2 放大倍数

3.3 仿真结果

仿真结果如下图所示;

4. 同向放大器

4.1 双电源

同向放大器同样可以使用虚短虚断去分析;具体电路如下图所示;

4.2 双电源同向放大器仿真结果

仿真结果如下图所示;

 

4.3 单电源

4.4 双电源同向放大器仿真结果

输入与上面的实验相同此处不再赘述;

所以输入输出关系为:

 

5 总结

本文分析的运算放大器都是比较常用且简单的类型,当前只给出了如何计算输入和输出的关系,如果作为硬件设计人员,还需要关注更多的细节,更多运算放大器的指标,失调电压,温漂等等,笔者能力有限,无法进行分析,如果单纯作为读懂一般的运算放大电路还是够用的。

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CSDN博客专家,公众号小麦大叔主笔,资深嵌入式系统工程师,曾从事移动终端,智能硬件以及物联网等消费电子产品的软硬件研发,分享,总结,提高,相互交流,共同进步。