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初识运算放大器

目录

  • 1. 二端口网络
  • 2. 放大器
    • 放大倍数
    • 对数单位
    • 放大器等效电路
    • 放大器级联
    • 放大器的反馈
    • 三种放大器失真
  • 3. 运算放大器
    • 操作放大器的特性
    • 放大器工作状态的理想操作
    • 操作放大器的应用
    • 共模抑制比 (Common Mode Rejection Ratio)
    • 操作放大器的基本调整

1. 二端口网络

二端口网络 (two-port network) 只有两个外部端口。 (port) 它由两个接线端组成，从一个接线端流入的电流等于从另一个接线流出的电流。如下图所示： 在这里插入图片描述

2. 放大器

放大器可视为二端口网络，如下图所示：

Amplifier is an important component in which the output is several times larger than the input.

放大器是一个非常重要的部件，其输出可以比输入放大好几倍。 因此，为了衡量放大器的性质，通常用放大倍数来描述电流放大倍数 (current gain)，电压放大倍数 (voltage gain)，功率放大倍数 (power gain)。

放大倍数

电流放大倍数是两个端口的电流比： G i = I 2 I 1 G_i=\frac{I_2}{I_1} Gi=I1I2 理，电压放大倍数也为两端口的电压之比： G v = V 2 V 1 G_v=\frac{V_2}{V_1} Gv​=V1​V2​​ 功率放大倍数即为两端口功率之比： G p = V 2   I 2 V 1   I 1   = G v   G i G_p=\frac{V_2\ I_2}{V_1\ I_1\ }=G_v\ G_i Gp​=V1​ I1​ V2​ I2​​=Gv​ Gi​ 这些放大倍数有可能小于0，有可能在0-1之间，也有可能大于一。大于1的放大倍数就是通常的非反相放大器，而在0-1之间的通常成为衰减器（通常为电阻），而数值为负的一般是相位差正好为180o ，所以通常为反相放大器。  

对数单位

通常的，放大器的放大倍数可能会很大。因此，使用对数单位来表述放大倍数会更好。对数单位有两个，分别是贝尔 (bels) 和分贝 (decibels) 其中贝尔单位是这么定义的： Power ratio in dels = log ⁡ 10 P o u t P i n \text{Power ratio in dels} = \log_{10}\frac{P_{out}}{P_{in}} Power ratio in dels=log10​Pin​Pout​​ 由于bels单位是个非常大的单位，所以使用了分贝： Power ratio in decibels = 10 log ⁡ 10 P o u t P i n \text{Power ratio in decibels} = 10\log_{10}\frac{P_{out}}{P_{in}} Power ratio in decibels=10log10​Pin​Pout​​ 使用电压放大倍数和电流放大倍数也可以来描述功率放大倍数： Power ratio in dB = 20 log ⁡ 10 V o u t V i n = 20 log ⁡ 10 I o u t I i n \text{Power ratio in dB} = 20\log_{10}\frac{V_{out}}{V_{in}} = 20\log_{10}\frac{I_{out}}{I_{in}} Power ratio in dB=20log10​Vin​Vout​​=20log10​Iin​Iout​​  

放大器的等效电路

放大器可以等效为使用受控电压源的电路： 其中，有以下几点特征：

  1. 通常Ri阻值非常大，Ro阻值相对较小
  2. 理想状态下，Ri的阻值应为无穷大，使得输入功率几乎为0
  3. 此等效电路严格限制于在信号量（？）signal quantity下的成立，同时，输入与输出电压应保持严格的线性关系才能成立（放大器不产生波形失真）

假设在输入端加上一个恒压源，在输出端加上负载电阻，则： 通过这个等效电路即可得到电压、电流、功率的放大倍数： V 1 = R i R s + R i E s V 2 = R L R o + R L G v o V 1 V_1=\frac{R_i}{R_s+R_i}E_s\text{\quad\quad}V_2=\frac{R_L}{R_o+R_L}G_{vo}V_1 V1​=Rs​+Ri​Ri​​Es​V2​=Ro​+RL​RL​​Gvo​V1​ 所以 G v = V 2 V 1 = R L R o + R L G v o G_v=\frac{V_2}{V_1}=\frac{R_L}{R_o+R_L}G_{vo} Gv​=V1​V2​​=Ro​+RL​RL​​Gvo​ G i = I 2 I 1 = V 2 R L V 1 R i = R i R o + R L G v o G_i=\frac{I_2}{I_1}=\frac{\frac{V_2}{R_L}}{\frac{V_1}{R_i}}=\frac{R_i}{R_o+R_L}G_{vo} Gi​=I1​I2​​=Ri​V1​​RL​V2​​​=Ro​+RL​Ri​​Gvo​ 当然，也可以等效为受控电流源的电路： 当左边并上一个电流源，右边加上负载电阻之后： I 1 = R S R i + R S I S I 2 = G i s R 0 R o + R L I_1=\frac{R_S}{R_i+R_S} I_S\text{\quad\quad}I_2=\frac{G_{is}R_0}{R_o+R_L} I1​=Ri​+RS​RS​​IS​ 标签： 放大电路的线性调节装置

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