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運(yùn)算放大器內(nèi)部結(jié)構(gòu)、電路符號、參數(shù)概念、特性與應(yīng)用

來源：上海茂碩機(jī)械設(shè)備有限公司   2023年05月24日 10:34  

運(yùn)算放大器，簡稱“運(yùn)放”，是電力電子中最重要的器件之一，主要作用為：信號放大、信號運(yùn)算、信號處理、波形的產(chǎn)生和變換。

一、運(yùn)算放大器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

集成運(yùn)算放大器內(nèi)部一般由四個單元組成，各單元作用如下


輸入級：一般采用差分放大電路，用來抑制零點(diǎn)漂移。
中間級：由一級或多級放大電路組成，主要是提供足夠高的電壓放大倍數(shù)。
輸出級：電壓增益為1，主要為輸出提供帶載能力。
偏置電路：為各級電路提供靜態(tài)工作點(diǎn)。


二、運(yùn)算放大器的電路符號和基本特性

運(yùn)算放大器電路符號


運(yùn)算放大器的基本特性：
①理想運(yùn)放開環(huán)放大倍數(shù)為無窮大。

三、運(yùn)算放大器的幾個參數(shù)概念


②運(yùn)放輸出電壓不可能超過運(yùn)放供電電壓（一般十幾伏）。
③理想運(yùn)放輸入阻抗無窮大。
④理想運(yùn)放輸出阻抗為零。
虛短與

四、運(yùn)算放大器的分類

虛斷的概念：一方面，由于運(yùn)放的電壓放大倍數(shù)很大，一般通用型運(yùn)算放大器的開環(huán)電壓放大倍數(shù)都在數(shù)萬倍。而運(yùn)放的輸出電壓是有限的，一般不超過15V。因此運(yùn)放的差模輸入電壓不足1mV，兩輸入端電位接近相等，相當(dāng)于 “短路”。另一方面，由于運(yùn)放的輸入阻抗非常大（MΩ級），所以流入運(yùn)放的電流幾乎為零，相當(dāng)于 “斷路”。
虛短與虛斷主要在涉及運(yùn)放計算的時候作為已知條件使用。


1.運(yùn)放為什么必須引入負(fù)反饋


引入負(fù)反饋，主要是使放大電路工作在線性區(qū)，使輸出電壓不超過最大輸出電壓，如果不引入負(fù)反饋，由于運(yùn)行的線性區(qū)范圍很小，其電壓放大倍數(shù)又太大，理想認(rèn)為無窮大，輸出極易飽和，沒有穩(wěn)定性可言，顯然這不是我們需要的東西。
雖然負(fù)反饋是以降低放大倍數(shù)為代價，但本質(zhì)目的是為了改善放大電路的工作性能，如穩(wěn)定放大倍數(shù)、減少非線性失真、擴(kuò)展通頻帶等，并且降低之后的放大倍數(shù)足夠電路設(shè)計使用，所以在實(shí)用放大器中幾乎都引入負(fù)反饋。
值得注意的是："虛斷"在任何情況下都適用，而"虛短"的前提是運(yùn)放工作在線性區(qū)。



運(yùn)放特性曲線

2.同相放大和反相放大怎么區(qū)分


看輸入信號Vin從運(yùn)放的哪一端進(jìn)去的，如果是反相端進(jìn)去就是反相放大，從同相端進(jìn)去的就是同相放大，如果兩個端口都有信號輸入，一般是差分或者加減法運(yùn)算。


集成運(yùn)算放大器既可以接成同相放大也可以接成反相放大，那使用同相放大好還是反相放大好呢？

我們先看二者的區(qū)別：
①同相放大器


優(yōu)點(diǎn)：輸入高阻抗，對輸出阻抗很大的電路較有好處。
缺點(diǎn)：放大電路沒有虛地，(除了差模信號外)還有有較大的共模電壓，抗干擾能力相對較差，(用同相放大要有較高的共模抑制比)另一個小缺點(diǎn)就是放大倍數(shù)只能大于1。
②反相放大器
優(yōu)點(diǎn):兩個輸入電位始終近似為零(同相端接地，反相端虛地)，只有差模信號，抗干擾能力強(qiáng)；
缺點(diǎn)：輸入阻抗很小，不適用于前級電路輸出阻抗很大的場合。


3.如何快速判斷運(yùn)放的反饋類型


①判斷是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋：
串聯(lián)是指反饋信號接在非輸入端；
并聯(lián)是指反饋信號接在信號的輸入端。
②判斷是電壓反饋還是電流反饋：
電壓是指反饋信號取自直接輸出端；
電流是指反饋信號間接的取自輸出端。


4.單電源運(yùn)放與雙電源運(yùn)放的區(qū)別


最開始運(yùn)放都是雙電源供電，一個正電源一個負(fù)電源且絕對值相同。后來為了應(yīng)對便攜式設(shè)備低功耗的需求，不少廠家就推出了單電源供電的運(yùn)放來適應(yīng)這種減少電源個數(shù)降低電源電壓的節(jié)能需求，原有的雙電源供電功能仍然保留；近年來，又出現(xiàn)了純粹的單電源供電（不能使用雙電源）的運(yùn)算放大器。
優(yōu)缺點(diǎn)比較：雙電源的總動態(tài)范圍、輸出電壓/電流、精度、負(fù)載抗干擾性優(yōu)于單電源運(yùn)放；
單電源的輸入輸出電壓范圍相比供電電源電壓來說更大。
應(yīng)用區(qū)別
a）供電電壓的區(qū)別；
b）單電源供電的同向輸入放大器要求輸入電壓不能為負(fù)；
c）單電源供電的反向輸入放大器要求輸入電壓不能為正；
d）單電源供電的運(yùn)放要放大交流信號必須提供合適的偏置電壓。



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