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运算放大器设计方案

前言:运算放大器是现代电子电路中最常见的器件之一,掌握运放对于学习与设计电路来说是极其关键的。

一、简介

     运算放大器(英语:Operational Amplifier,简称OP、OPA、op-amp、运放)是一种直流耦合,差模(差动模式)输入、通常为单端输出(Differential-in, single-ended output)的高增益(gain)电压放大器。

运算放大器设计方案

     运算放大器(简称“运放”)是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中,通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。它是一种带有特殊耦合电路及反馈的放大器。其输出信号可以是输入信号加、减或微分、积分等数学运算的结果。由于早期应用于模拟计算机中用以实现数学运算,因而得名“运算放大器”。

二、掌握运算放大器的“虚短”与“虚断”

     虚短、虚断是模拟电路中理想集成运放的两个重要概念。由于运放的电压放大倍数很大,一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80dB以上。而运放的输出电压是有限的,一般在-14V~+14V之间。因此运放的差模输入电压不足1mV,两输入端近似等电位,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。

(1)虚短

  虚短指在理想情况下,两个输入端的电位相等,就好像两个输入端短接在一起,但事实上并没有短接,称为“虚短”。虚短的必要条件是运放引入深度负反馈。集成运放的线性应用时,可近似电压关系为:

V(IN+)-V(IN-)=0

     当IN+=IN-时,即反相与同相输入端之间相当于短路,故称虚假短路,简称“虚短”。“虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时,可把两输入端视为等电位,这一特性称为虚假短路,简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。

(2)虚断

  虚断指在理想情况下,流入集成运算放大器输入端电流为零。这是由于理想运算放大器的输入电阻无限大,就好像运放两个输入端之间开路。但事实上并没有开路,称为“虚断”。当两个输入端的输入电流为零:

i(IN+)=i(IN-)=0

     可认为反相与同相输入端之间相当于断路,称为虚假断路,简称“虚断”。

 由于运放的差模输入电阻很大,一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1uA,远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路,且输入电阻越大,两输入端越接近开路。

三、运算放大器应用

(1)积分器

(2)微分器

(3)施密特触发器

(4)稳压电路

(5)定电流电路

(6)有源滤波器

(7)D/A转换电路

(8)精密整流电路

(9)仪表电路

(10)对数放大器

(11)指数放大器

(12)乘法器

这些电路方案后续将一一更新,具体介绍。

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