【技术专辑】运算放大器的特性

该集成电路具有许多特性,可以接近那些被认为是理想的特性。

 

理想的运算放大器

 

由于运算放大器具有接近理想的特性,因此使用IC运算放大器设计和构建电路相当容易。同样重要的是运算放大器电路组件可以在已经预测的理论水平下执行。本文将介绍分析包含运算放大器的电路,如何使用这些运算放大器设计放大器,以及运算放大器的重要非理想特性。

 

支持信息

 

•运算放大器的实际考虑因素

 

•基本放大器配置

 

运算放大器有三个端:两个输入端和一个输出端。下图,图1.1说明了本文中讨论的运算放大器使用的符号。运算放大器左侧的两个端1和2是两个输入端,右侧的端3是输出端。为了操作放大器,需要将其连接到直流电源。一般来说,大多数集成电路运算放大器不需要一个,而是两个直流电源,如图1.2所示。这两个端4和5连接到正电压源V cc  和负电压源V ee, 分别。图1.2(b)显示了直流电源作为电池,具有共同的接地源。两个直流电源连接的地源实际上只是两个电源的公共端。有趣的是,这是因为运算放大器封装上的一个端没有物理连接到地面。为简便起见,本文将不再说明运算放大器电源。 

 

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图1.1运算放大器符号 

 

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图1.2运算放大器与直流电源的连接

 

除了到目前为止讨论的五个终端之外,运算放大器可以具有用于特定目的的其他终端。这样的目的可能是用于频率补偿和负反馈或偏移归零,这减少了可以放大的小DC偏移。 

 

介绍理想运算放大器的特性

 

看一下运算放大器内部电路的实际功能,我们看到它被设计用于确定直接施加到两个输入端的电压信号之间的差异(v 2  - v 1的差异)。一旦找到该量,则将其乘以数字  A,然后电压产生项  A(v 2 -v 1)。从这里开始,当在端处参考电压时,它意味着该单个端与地之间的电压; 因此,v 1  是在端1和地之间施加的电压。 

 

理想的运算放大器不应该为输入吸取任何电流; 意思是,进入终端1的电流和进入终端2的信号都是零。这就是说理想运算放大器的输入阻抗应该是无穷大的。

 

现在关注输出端,它应该好像是理想电压源的终端。简单地说,端3和地之间的电压总是等于  A(v 2  -v 1),并且与可能从第三端吸收或不吸收到负载阻抗的电流无关。 

 

综上所述,可以为图1.3所示的运算放大器说明一个模型。查看模型,可以看出输出终端具有与v 2相同的符号, 但与v 1的符号相反。考虑到这一点,输入端称为反相输入端,用“ - ”符号表示,而输入端子2称为非反相输入端,用“+”符号表示。 

 

如前所述,运算放大器设计用于检测 电压信号之间的 差异,并忽略两个输入共用的任何给定信号。这意味着,如果v 1  = v 2  = 1 V,那么输出将相应地(理想)为零。这种现象也称为共模抑制。这也可以表示为零共模增益,或类似地,无限共模抑制。目前,我们可以说运算放大器是一个差分输入,单端输出放大器,后一个术语与运算放大器的输出位于地和端3之间有关。 

 

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图1.3理想运算放大器的电路模型

 

术语A,即所谓的差分增益。众所周知,这是因为当各种信号应用于两个输入1和2时,它是运算放大器的理想增益。我们与该术语相关的另一个名称是开环增益。当IC运算放大器中没有使用反馈时,可以获得该增益。通常,开环增益往往具有特别高的值; 理想的运算放大器实际上具有无限的开环增益。

 

值得注意的运算放大器的一个特性是直流放大器或直接耦合,它代表直流或直流,因为它放大频率接近零的信号。考虑到运算放大器是直接耦合IC,它们更加通用,使我们能够在更重要的应用中使用它们。但是,直接耦合会导致一些严重的问题,这些问题将在后面讨论。

 

转向带宽,理想的运算放大器获得  A 它将保持恒定到零频率并一直到无限频率。换句话说,理想的放大器可以以相等的增益放大任何频率的信号,这使得它们具有无限的带宽。到目前为止,已经讨论了理想运算放大器的所有特性和特性,除了一个:理想情况下,理想运算放大器的增益A应该具有大且无穷大的值。然而,这带来了一个很好的问题:如果有无限值的增益,运算放大器如何在任何应用中使用?这可以简单地回答,因为运算放大器几乎不会在人们可以想到的每个应用中单独用于开环配置。在下面的文章中,我将通过应用反馈来完成或关闭运算放大器的循环,讨论其他组件将如何发挥作用。

 

概要

 

截至目前,我们已经讨论了运算放大器如何因其多功能性以及理想运算放大器的特性和功能而如此受欢迎。总而言之,理想运算放大器的特性如下:

 

•由于运算放大器内部的理想增益,因此具有无限带宽

 

•无限开环增益A.

 

•无限或零共模增益

 

•输入阻抗为无穷大值

 

•输出阻抗为零

 

您现在应该知道什么是运算放大器以及在理想的运算放大器中寻找什么。在即将发表的文章中,我们会选择离开的地方; 我们将介绍和解释两种不同类型的电压增益以及运算放大器的反相配置,该运算放大器用于反转信号输入以具有反相输出增益。我们还将进一步讨论闭环增益以及如何单独使用运算放大器而不是组件。最后,本文将讨论运算放大器的反相配置分析以及具有有限开环增益的影响。

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发布日期:2019年03月04日  所属分类:参考设计