旅游信息网站开发背景,陕西网站建设优化建站,郴州网站建设推广方案,工商营业执照年检关于运算放大器 运算放大器(Operational Amplifier), 简称运放, 是一种直流耦合, 差模输入, 单端输出(Differential-in, single-ended output)的高增益电压放大器件. 运放能产生一个比输入端电势差大数十万倍的输出电势. 因为刚发明时主要用于加减法等运算电路中, 因而得名运算…关于运算放大器 运算放大器(Operational Amplifier), 简称运放, 是一种直流耦合, 差模输入, 单端输出(Differential-in, single-ended output)的高增益电压放大器件. 运放能产生一个比输入端电势差大数十万倍的输出电势. 因为刚发明时主要用于加减法等运算电路中, 因而得名运算放大器.
运放的基本特性
运算放大器有两个输入: 反相输入(-), 同相输入(). 反相和正相是输出的变化相对于输入的变化而言的. 如果同相输入的电压高于反相输入的电压, 输出高电平如果反相输入的电压高于同相输入的电压, 输出低电平 运放的输入端都是高阻态, 电流非常小或者几乎没有电流, 所以信号接入后, 对信号电压几乎没有影响.当同相输入()和反相输入(-)的电压有差异时, 输出电压总是更偏向同相输入()这端的电压. Output voltage is always more like the voltage at the non inverting input (), than the voltage at the inverting input (-)不接任何反馈: 输出电压只会处于两种状态, 接近供电正电压的高电平或者接近负电压(接地时负电压为0)的低电平 如果同相输入()电压高于反相输入(-), 输出高电平如果同相输入()电压低于反相输入(-), 输出低电平对于同相放大或比较电路, 参考电压在反相输入(-)端, 信号从同相输入(), 信号电压的高低和输出电压的高低成正比.对于反相放大或比较电路, 参考电压在同相输入()端, 信号从反相输入(-), 信号电压的高低和输出电压的高低成反比. 只接入负反馈: 当全部或部分的输出电压, 接入到反相输入(-)时, 称为接入负反馈. 此时输出电压会在供电电压允许的范围内自动调节, 直至反相输入(-)的电压和正相输入() 的电压相同.只接入正反馈: 如果全部或部分的输出电压, 接入到同相输入(), 则称为接入正反馈. 因为输出电压总是更偏向同相输入()这端, 所以很难通过正反馈让反相输入(-)电压翻转到同相输入()的另一侧.同时接入正负反馈. 假设初始状态反相输入(-)高于同相输入(), 产生输出为低电平, 低电平会降低反相输入(-)端的电压, 接近同相输入()端电压直至超过, 而后因为反相输入(-)低于同相输入(), 输出切换方向变为高电平, 再次拉高反相输入(-), 使得反相输入(-)高于同相输入(), 然后无限循环.
通常使用运放时, 会将输出端与反相输入(inverting input)连接, 形成负反馈组态, 原因是运算放大器的电压增益非常大, 使用负反馈可保证电路的稳定运作. 而在需要产生震荡信号的系统中, 可以使用运放组成正反馈组态.
常见应用
分析运放电路, 主要看这几处
有没有信号输入, 接入在哪一端, 同相输入同相输出, 反相输入反相输出反馈一般都有, 接到哪一端, 放大, 恒压或恒流会接入反相, 而脉冲和方波等振荡电路会接入同相有没有参考基准, 接入哪一端, 和反馈是不是在同一个接入
电压跟随器 这个电路直接将输出作为负反馈, 因为运放的同相输入反相输入电压趋于一致, 当 V i n V_{in} Vin 发生变化时, 为了保持 V − V- V− 与 V V V 一致, 需要 V o V i n V_{o} V_{in} VoVin, 就使得输出电压与输入电压一致, 形成了电压跟随的效果. 在实际应用中, 可以用这种形式将电压转换为电流. 由于 V V V 对外呈现高阻态(输入电阻从几百KR到几百MR甚至GR), 这种电路可以传递驱动能力非常弱的电压信号.
同相信号放大
放大直流信号是运放最常见的使用场景 这个电路的信号输入在 V V V, V − V- V− 将输出电压分压后接入作为负反馈, 同相不变, 反相变化.
根据运放的同相输入反相输入电压趋于一致的原则, 为保持 V V V 与 V − V- V− 电压相等, V o V_{o} Vo 的电压会趋近于 V o V i n ∗ R 1 R 2 R 1 V_{o} V_{in} * \frac{R_1 R_2}{R_1} VoVin∗R1R1R2 , 当 R 1 1 M R R_1 1MR R11MR, R 2 10 K R R_2 10KR R210KR 时, 就会产生100倍的放大.
信号反相器, 反相放大 这个电路的同相输入接地, 同相不变, 反相变化 V V V 为固定的0V, 因此输出仅受 V − V- V− 处分压的结果影响. 因为 V − V- V−的稳态电压就是 0V, 当输入电压为 V i n V_{in} Vin时, 为使 V − 0 V- 0 V−0, 需要 V o u t V i n ∗ ( − R f R i ) V_{out} V_{in} * (-\frac{R_f}{R_i}) VoutVin∗(−RiRf) , 对输入信号产生了反向的放大.
电压基准,稳压电源 这个电路的同相输入和反相输入都是固定的
MC1403 是一个精确输出2.5V电压的电压基准芯片, 电流驱动能力只有10mA. 通过上面的电路, 可以增大电流驱动能力, 如果调节 R 1 R_1 R1 和 R 2 R_2 R2 的比例, 就可以将输出的电压基准范围扩大到 2.5V ~ V C C V_{CC} VCC
恒流电源
基于运放的最简单的恒流电路. 同相不变, 反相不变 V V V 通过电阻分压得到了固定的电压, V − V- V− 端通过 1KR 电阻接地, 因为运放的同相输入反相输入电压一致, 所以1KR电阻的电流是固定的, 带来的效果就是无论负载 LOAD 如何变化, 电流固定, 形成了恒流的效果. 上面电路的电流输出能力是很弱的, 一般放大器的输出短路电流只有40 ~ 60 mA. 可以使用MOS管或三极管形成灌电流, 提升电路的电流输出能力. 使用PNP三极管的电路 通过并联多个三极管(或MOS管)进一步提升驱动能力 脉冲输出 因为反馈同时接入同相和反相输入, 这不是稳态电路. 对于左侧的电路
当 V o V − V_o V- VoV− 时, 二极管导通, 往电容充电, 当电容电压与 V o V_o Vo 相等时, 二极管截止, 电容通过 R 2 R_2 R2放电, 之后电压回落, 会导致二极管再次导通, 持续循环当 V − V- V− 上升到高于 V V V时, V o V_o Vo 变为低电平, 当 V − V- V− 下降到低于 V V V时, V o V_o Vo 变为高电平
对于右侧的电路, 区别仅在于 V − V- V− 上升到 V o V_o Vo 变为低电平后, 是通过上面的二极管往 V o V_o Vo 放电
方波输出
从上方右图可以看到, 电流的正反向其实是相通的, 两个电阻只是控制了充电和放电的速度, 如果将并联的电阻和二极管组合合并, 使得充放电使用同样的电阻, 就可以得到方波输出 常用型号
LM741, 输入阻抗 6MR, 输出电流 40mA, 带宽 1.5MHzLM358, 供电 32V, 输入阻抗 10MR, 输出电流 60mA, 带宽 1MHzLM324, 供电 32V, 输出电流 60mA, 带宽 1MHzNE5532, 供电 15V, 输入阻抗 300KR, 输出阻抗 0.3R, 输出电流 60mA, 带宽 10MHzOP07, 供电 15V, 输入阻抗 50MR, 输出阻抗 60R, 带宽: 0.6MHzLM339
参考
Op Amp Basics – Operational Amplifier https://electronzap.com/how-to-learn-basic-electronics/op-amp-basics-operational-amplifier/Current Source using Op Amp https://electronzap.com/how-to-learn-basic-electronics/op-amp-basics-operational-amplifier/current-source-using-op-amp/High power opamp-based constant current source circuit https://electronics.stackexchange.com/questions/470764/high-power-opamp-based-constant-current-source-circuit
