运算放大器

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什么是运算放大器?

一个运算放大器(运算放大器)是一个模拟电路块,采用差动电压输入并产生一个单端输出电压。

放大器通常有三个终端:两个高阻抗输入和一个低阻抗的输出端口。反相输入是在负(-)加一个符号,和非反相输入使用积极的(+)的迹象。运算放大器放大输入之间的电压差,这是有用的各种模拟功能包括信号链,权力和控制应用程序。188比分直播吧

运算放大器Clasifications

分类运算放大器有四个途径:

  • 电压放大器将电压产生的电压输出。
  • 电流放大器接收电流输入并产生电流输出。
  • 跨导放大器输入电压转换为电流输出。
  • 跨阻放大器转换电流输入并产生一个电压输出。

因为大多数放大器用于电压放大,这篇文章将集中在电压放大器。

运算放大器:关键特性和参数

有许多不同的重要特征和参数放大器有关(见图1)。下面更详细地描述这些特征。

图1:运算放大器示意图

图1:运算放大器示意图

开环增益

开环增益:开环增益(“A”图1)的一个运算放大器增益的测量实现当没有反馈电路中实现。这意味着反馈路径,或者循环,是开着的。开环增益通常必须非常大(10000 +)本身是有用的,除了电压比较器。

电压比较器比较输入终端电压。即使电压差异小,电压比较器可以驱动输出到rails的正面或负面。在闭环配置高开环增益是有益的,因为它们使在温度稳定的电路行为,过程,信号变化。

输入阻抗

放大器的另一个重要特点是,他们通常有很高的输入阻抗(“Z“在图1)。输入阻抗测量之间的正面和负面的输入终端,其理想值是无穷,最大限度地减少加载的源。(在现实中,有一个小电流泄漏。)安排一个运算放大器可能大大改变周围的电路的有效输入阻抗源,所以外部组件和反馈回路必须仔细配置。重要的是要注意,输入阻抗不仅仅取决于输入直流电阻。输入电容也会影响电路的行为,因此也必须被考虑。

输出阻抗

一个运算放大器的理想输出阻抗为零(“Z“在图1)。然而,输出阻抗通常有一个小的价值,决定了当前的数量可以驱动,以及它可以作为一个电压缓冲区。

频率响应和带宽(BW)

理想运算放大器会无限带宽(BW),并能够保持高获得无论信号频率。然而,所有的运算放大器有一个有限的带宽,通常被称为“3 db点”,获得开始随着频率增加。放大器的增益减少的速度-20 db /十年而频率增加。放大器具有更高BW改善性能,因为他们更高的收益维持在更高的频率;然而,这种更高的增益会导致更大的能源消耗或成本增加。

图2:运算放大器开环频率响应曲线

图2:运算放大器开环频率响应曲线

增益带宽积(英镑)

顾名思义,英镑是放大器的增益和带宽的产物。英镑在曲线,是一个常数的值,可以计算出来方程(1):

$ $ =英镑获得带宽= x BW $ $

英镑是测量频率点的运算放大器的增益达到统一。这很有用,因为它允许用户在不同的频率计算设备的开环增益。运算放大器的英镑通常是衡量其实用性和性能,与更高的英镑放大器可以实现更好的性能在更高的频率。

这些主要参数选择时需要考虑的一个运算放大器的设计,但也有许多其他因素可能会影响你的设计,这取决于应用程序和性能需求。其他常见的参数包括输入失调电压、噪声、静态电流,电压供应。

负面的反馈和闭环增益

在一个运算放大器,负面反馈是由喂养的一部分实现输出信号通过一个外部反馈电阻器和反相输入(见图3)

图3:负反馈与反相运算放大器

图3:负反馈与反相运算放大器

负面的反馈是用来稳定收益。通过使用一个负面的反馈,通过外部反馈闭环增益可以确定组件可以有更高的精度相比,运算放大器的内部组件。这是因为内部运算放大器组件可能大幅改变由于过程变化,温度变化,电压变化,和其他因素。闭环增益可以计算方程(2):

$ $ \压裂{V_{出来}}{V_{在}}= \压裂1 f $ $

运算放大器:优点和局限性

使用运算放大器有很多优势。运算放大器通常是在集成电路的形式,无数选择的性能水平和广泛使用,以满足每个应用程序的需要。放大器有广泛的用途,因此许多模拟应用程序的关键构件,包括滤波器设计,电压缓冲区,比较器电路,和许多其他人。188比分直播吧此外,大多数公司提供仿真支持,如PSPICE软件模型,为设计师验证运算放大器设计在建筑真正的设计。

使用运算放大器的限制包括事实他们是模拟电路,和需要一个设计师理解模拟加载等基本面,频率响应和稳定性。并不少见设计看似简单的运算放大器电路,只有打开它,发现它是振荡。由于前面讨论的一些关键参数,设计者必须了解这些参数打到他们的设计,这通常意味着设计师必须有中度到高度的模拟电路设计经验。

运算放大器配置拓扑

有几个不同的运算放大器电路,每个不同的函数。最常见的拓扑如下所述。

电压跟随器

最基本的运算放大器电路是一个电压跟随器(见图4)。这个电路通常不需要外部组件,提供了高输入阻抗和低输出阻抗,使其成为一个有用的缓冲区。因为输入和输出的电压是相等的,改变输入产生相同的输出电压的变化。

$ $ V_{出}= V_{在}$ $图4:电压跟随器

图4:电压跟随器

最常见的电子设备中使用运算放大器是电压放大器,提高输出电压的大小。反相,非反相配置是两种最常见的放大器配置。这两种拓扑是闭环(这意味着输出反馈回输入终端),因此电压增益由两个电阻之比。

反相运算放大器

在反相运算放大器、运算放大器部队等于正极,负极是常见的地面。因此,输入电流是由V/ R1比率(见图5)

图5:反相运算放大器

图5:反相运算放大器

在这个配置中,相同的电流流经R2输出。理想情况下,电流不会流入运算放大器的负面终端由于其高Z。电流从负极R2创建一个反向电压极性对V。这就是为什么这些放大器是用反相标签的配置。注意,运算放大器的输出只能摆动之间的积极的和消极的供应,所以创建一个负输出电压需要一个运算放大器-供应铁路。V可以计算出方程(3):

$ $ V_{出}= - \离开({R_2}在{R_1} \ \右)x V_{在}$ $

非反相运算放大器

非反相放大器电路中,输入信号从源连接到非反相(+)终端(参见图6)

图6:非反相运算放大器

图6:非反相运算放大器

运算放大器部队反相(-)端子电压等于输入电压,通过反馈电阻形成电流。输出电压总是与输入电压同相,这就是为什么这个拓扑称为非反相。注意,非反相放大器,电压增益总是大于1,这并非总是如此,反相配置。输出电压可以计算方程(4):

$ $ V_{出}=(1 + \压裂{R_2} {R_1}) \ * V_{在}$ $

电压比较器

一个运算放大器的电压比较器比较电压输入,和驱动器的输出供应铁路哪个输入更高。这个配置是开环运行,因为没有反馈。电压比较器的好处比上述闭环拓扑操作要快得多(见图7)

图7:电压比较器

图7:电压比较器

如何为应用程序选择一个运算放大器

下面的部分将讨论时需要考虑一些因素为应用程序选择适当的运算放大器。

首先,选择一个运算放大器,可以支持您的预期工作电压范围。这些信息可以通过观察获得放大器的电源电压。供应电压可能是VDD(+)和地面(单供应),或放大器可以同时支持积极的和消极的供应。消极的供应是非常有用的,如果需要支持负电压输出。

其次,考虑放大器的英镑。如果您的应用程序需要支持更高频率,或者需要更高的性能和减少失真,考虑放大器具有更高GBPs。

一个还应该考虑功耗,某些应用程序需要低功耗操作。188比分直播吧推荐的权力需求通常可以发现部分数据表,通常列为电源电流和功率消耗。功耗估计也可以从产品的电源电流和电源电压。一般来说,较低的放大器供应电流较低,英镑和对应较低的电路性能。

对于应用188比分直播吧程序来说,它需要更高的精度,设计师应该特别注意放大器的输入失调电压,这个电压导致了抵消放大器的输出电压。

总结

运算放大器广泛应用于许多模拟和电力应用程序。188比分直播吧使用运算放大器的好处是,他们通常广泛理解,证据充分的支持,很容易使用和实现。放大器是有用的对于许多应用程序,如电压缓冲区,创建模拟滤188比分直播吧波器和阈值检测器。更好地理解的关键参数和常见的拓扑相关运算放大器,你可以在你的电路实现它们。

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