[模拟电路]集成运算放大器(上)

简介: 笔记

一.前言


 想深入学习模电,前置的电路分析基础几乎是必要的一关。叠加原理、戴维宁定理、基尔霍夫、电感电容、阻抗、各种等效、各种数学模型······基础不牢,地动山摇。

 电子信息相关知识是必须的。

 计算机知识则仅需了解(重点在数电)。


二.集成运放的介绍及特性分析


 长这样:

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1.集成运算放大器

 集成运算放大器,简称集成运放,是一个高增益的直接耦合放大电路。因首先用于信号的运算,故而得名。它具有高增益、高输入电阻和低输出电阻的特性。

 各级放大电路输入和输出之间的连接方式称为耦合。

 直接耦合主要用于对直流或缓慢信号的放大;然而它的工作点不稳定,易产生零漂。

 零点漂移(零漂):当放大电路的输入ui=0(短路)时,输出uo却不为0,而是随着时间变化。

 其最主要的原因是三极管的温度敏感特性。


2.集成运放由四个部分组成

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 差动(分)放大电路:当该电路的两个输入端的电压有差别时,输出电压才有变动,因此称为差动。

 有差模和共模两种基本输入信号,由于其电路的对称性,当两输入端所接信号大小相等、极性相反时,称为差模输入信号;当两输入端所接信号大小相等、极性相同时,称为共模信号。通常我们将要放大的信号作为差模信号进行输入,而将由温度等环境因素对电路产生的影响作为共模信号进行输入。

 放大差模信号,抑制共模信号。

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3.集成运放的特性

 有单电源供电和正负双电源供电之分。

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 “开环”:没有反馈。

 “差模”:u±u-。

 “同相”“反相”是指输入信号变化和输出相同/相反。

 为了保证集成运放的线性应用,必须闭环工作,即引入负反馈以减小电压增益,提高净输入电压的数值,进而扩宽线性区。


 集成运放的应用就根据其处于线性区或是非线性区来划定。

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 线性工作区的两个特性:

 虚短:由于Aod很大,以致于很小的差模输入就会使输出趋向于饱和的非线性区,故想在线性区工作, ui=u±u-就必须要小到一定程度,近似于“短路”。即u+=u- 也即 ui=u±u-=0。


 虚断:由于集成运放的差模输入电阻很大,故流入运放输入端的电流远小于其外电路的电流,近似于“断路”。即i+=i-=0。


三.集成运放的线性应用(引入负反馈)


1.两个基本运算电路——反相/同相比例运算电路

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 “虚地”,第三个概念。


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 当Rf=R1时,变为反相器。

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2.同相比例运算电路的特例——电压跟随器


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 电压跟随器具有输入阻抗高、输出阻抗低的特点,可以起到阻抗匹配的作用,能够使得后一级的放大电路更好的工作。


 另外一个作用就是隔离,把电路置于前级和功率放大器(扩音器)之间,可以切断后一级的反电动势对前级的干扰作用,从而使音质的清晰度得到大幅提高。


3.反相加法运算电路

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 可将上图分为以下两图:

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 解得:

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 叠加原理:在线性电路中有多个电源共同作用时,电路上任意一个支路上的电压或电流都是各电源单独作用下,在各支路上产生的电压或电流的叠加(代数和)。


4.同相加法运算电路

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 可以将上图分解为以下两图:

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 注意,此时由虚短得到u+=u-=上图红圈公式(不再是ui)

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 综上可知:

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5.减法运算电路

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 可将上图分解为:

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 解得:

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6.积分电路

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