《運算放大器基礎(chǔ)》課件

運算放大器基礎(chǔ)運算放大器是一種重要的電子元件，廣泛應(yīng)用于各種電路設(shè)計中。運算放大器簡介高增益運算放大器通常具有非常高的開環(huán)增益，使其能夠放大微弱的信號。廣泛應(yīng)用運算放大器廣泛應(yīng)用于各種電子電路，例如放大器、濾波器和比較器。集成電路現(xiàn)代運算放大器通常以集成電路的形式制造，提供小型化和低成本的優(yōu)勢。理想運算放大器模型理想運算放大器是理論上的模型，具有無限大的開環(huán)增益、無限大的輸入阻抗、無限小的輸出阻抗、零輸入偏置電流、零輸入電壓失調(diào)以及無限寬的帶寬。實際運算放大器只能近似地實現(xiàn)理想運算放大器模型，但其性能越來越接近理想模型。運算放大器的基本特性高增益運算放大器具有很高的開環(huán)增益，通常在10^5到10^8之間，這使得它可以放大微弱的信號。高輸入阻抗運算放大器的輸入阻抗很高，幾乎可以忽略不計，這使得它可以從信號源中提取非常小的電流。低輸出阻抗運算放大器的輸出阻抗很低，可以驅(qū)動各種負載，而不會對信號造成明顯的衰減。偏置電流和輸入偏置電流偏置電流是指運放輸入端電流。輸入偏置電流是指兩個輸入端電流的平均值。輸入偏置電流補償輸入偏置電流由于運放內(nèi)部晶體管的不匹配，在輸入端會有微小的電流流過。補償方法通過在輸入端并聯(lián)電阻，使兩路輸入電流趨于一致，從而抵消偏置電流的影響。補償電阻補償電阻的阻值應(yīng)遠小于輸入信號源的阻抗，以保證輸入信號的完整性。輸入電壓失調(diào)和補償1失調(diào)電壓理想情況下，運算放大器在輸入電壓相等時，輸出電壓應(yīng)該為零。然而，由于制造工藝的差異，兩個輸入端的特性不可能完全相同，導致在輸入電壓相等時，輸出電壓會存在一個微小的偏移值，即輸入電壓失調(diào)。2失調(diào)電壓的影響輸入電壓失調(diào)會影響運算放大器的輸出精度，對于高精度應(yīng)用，需要進行補償以消除或減小失調(diào)的影響。3補償方法常用的補償方法包括：使用零點調(diào)節(jié)電位器、使用可調(diào)節(jié)的補償電壓源、使用差分對輸入放大器等。共模輸入電壓范圍定義運算放大器能夠正常工作時的輸入信號的最大和最小電壓范圍，超出該范圍，運算放大器可能無法正常工作。影響輸入信號的幅度和類型，以及運算放大器本身的特性。應(yīng)用在設(shè)計電路時，需要根據(jù)輸入信號的幅度和類型來選擇合適的運算放大器，并確保輸入信號的電壓范圍在運算放大器的共模輸入電壓范圍之內(nèi)。共模抑制比定義共模抑制比(CMRR)是一個衡量運算放大器抑制共模信號能力的指標。公式CMRR=20log(Ad/Acm)，其中Ad為差模增益，Acm為共模增益。開環(huán)增益100k典型值運算放大器的開環(huán)增益通常非常高，典型值為100k或更高。1理想值理想情況下，運算放大器開環(huán)增益為無限大。0閉環(huán)增益通過反饋網(wǎng)絡(luò)可以降低增益，從而獲得所需的閉環(huán)增益。負載失調(diào)電壓1定義當運算放大器輸出端接負載時，輸出電壓與理想輸出電壓之間的偏差。2影響因素負載阻抗，輸出電流能力，電源電壓等。3降低失調(diào)選擇合適的運算放大器，使用緩沖器，降低負載阻抗。頻率響應(yīng)特性1增益變化頻率變化時，運算放大器的增益會發(fā)生變化。2相位延遲隨著頻率升高，輸出信號相對于輸入信號會產(chǎn)生延遲。3截止頻率增益下降到開環(huán)增益一半時的頻率。帶寬100KHz典型值常見的運算放大器帶寬在100KHz范圍內(nèi)。1MHz高性能一些高性能運算放大器帶寬可以達到1MHz。10MHz高速高速運算放大器帶寬可達10MHz甚至更高。小信號頻帶定義指運算放大器能夠正常工作并保持其放大特性不受影響的頻率范圍。影響因素主要受內(nèi)部寄生電容和電阻的影響，導致放大倍數(shù)隨頻率升高而下降。重要性決定了運算放大器在實際電路中能夠處理的信號頻率范圍，選擇合適的運算放大器至關(guān)重要。激勵源特性影響輸出阻抗激勵源的輸出阻抗會影響運放的輸入信號。負載阻抗運放的負載阻抗會影響輸出信號的質(zhì)量。反相和非反相輸入端反相輸入端反相輸入端是指當輸入電壓高于參考電壓時，輸出電壓降低的輸入端。非反相輸入端非反相輸入端是指當輸入電壓高于參考電壓時，輸出電壓升高的輸入端。虛擬短路特性運算放大器輸入端之間的電位差非常小，幾乎可以忽略不計，因此我們可以認為輸入端之間形成一個虛擬短路。由于運算放大器具有極高的開環(huán)增益，即使輸入端之間存在微小的電壓差，輸出端也會產(chǎn)生很大的電壓變化，從而將輸入端之間的電位差迅速拉回到零。差分運算放大器差分運算放大器是運放的一種特殊類型，它具有兩個輸入端，分別稱為反相輸入端和非反相輸入端。差分運放的輸出電壓與兩個輸入端電壓之差成正比。差分運放通常用于放大微弱信號，例如來自傳感器或麥克風的信號。它們也用于構(gòu)建精密測量電路、信號處理電路和高性能濾波器。差分放大器的應(yīng)用高共模抑制比可以有效地抑制共模噪聲，提高信號的信噪比。高輸入阻抗可以減少對信號源的負載，保證信號的完整性。高增益可以放大微弱的差分信號，提高信號強度。差分運放的指標分析1共模抑制比差分放大器能夠有效地抑制共模信號，提高信號的信噪比。2輸入阻抗輸入阻抗越高，對信號源的負荷越小，可以更好地保持信號源的輸出。3輸出阻抗輸出阻抗越低，驅(qū)動負載的能力越強，可以將信號傳輸?shù)礁蟮呢撦d。電壓跟隨器1輸出電壓等于輸入電壓輸出電壓始終與輸入電壓相等2高輸入阻抗輸入端幾乎不消耗電流3低輸出阻抗可為低阻抗負載提供驅(qū)動能力反相運放電路1輸入信號通過電阻R1輸入2反相放大器產(chǎn)生放大且反相的輸出3反饋回路通過電阻R2反饋非反相放大電路1基本結(jié)構(gòu)輸入信號連接到運算放大器的非反相輸入端，輸出信號從運算放大器的輸出端獲取。2反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)通常由一個電阻組成，將輸出信號反饋到非反相輸入端。3增益非反相放大器的增益由反饋網(wǎng)絡(luò)決定，通常大于1。加法運算電路1輸出電壓等于所有輸入電壓的加權(quán)和2電阻網(wǎng)絡(luò)用于將輸入電壓按比例分配3運算放大器用于放大和求和輸入信號減法運算電路電路原理減法運算電路利用兩個輸入信號的電壓差來實現(xiàn)減法運算。應(yīng)用場景常用于信號處理、測量、控制等領(lǐng)域。特點電路結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)。積分運算電路1輸入信號輸入信號經(jīng)過電容積分，輸出信號為輸入信號的積分值。2電容積分電容充放電過程，實現(xiàn)信號積分。3輸出信號輸出信號為輸入信號的積分，反映信號的變化趨勢。微分運算電路1電路原理電容上的電流與電壓變化率成正比2輸出電壓與輸入電壓變化率成正比3應(yīng)用場景檢測信號變化速率比較器電路1基本功能比較器將輸入電壓與參考電壓進行比較，并輸出相應(yīng)的高或低電平。2應(yīng)用廣泛應(yīng)用于過壓保護、電壓檢測、信號轉(zhuǎn)換等。3特性高增益、快速響應(yīng)、滯后特性。定電壓源電路原理運放具有高增益特性，輸出電壓可以被反饋到反相輸入端，形成負反饋，使輸出電壓穩(wěn)定在期望的電壓值。應(yīng)用廣泛應(yīng)用于各種電子系統(tǒng)中，例如電源供電、傳感器信號調(diào)理、精密電壓參考等。優(yōu)點輸出電壓穩(wěn)定，抗干擾能力強，