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放大器的传递函数_运算放大器科普文章

许多教科书和参考指南将操作放大器定义为可执行各种功能或操作(如放大、加法和减法)的特殊集成电路(IC)。虽然我同意这个定义,但我仍然需要注意芯片输入引脚的电压。

当输入电压相等时,操作放大器通常在线范围内工作,操作放大器在线范围内准确执行上述功能。然而,操作放大器只能改变输入电压相等的条件,即输出电压。因此,操作放大器的输出通常以某种方式连接到输入,通常称为电压反馈。

本文将解释一个通用电压反馈操作放大器的基本操作,考其他内容了解更多信息。

图1描述了操作放大器的标准示意图符号。有两个输入端(IN , IN-)、一个输出端(OUT)和两个电源端(V , V-)。这些端的名称可能因制造商而异,甚至单个制造商也可能使用不同的名称,但它们仍然是相同的五个端。

例如,你可能会看到它Vcc或Vdd而不是V 。或者,你可能会看到Vee或Vss而不是V-。电源端子的其他标签会有所不同,因为它们指的是装置内的晶体管类型。例如,在操作放大器中使用双极结晶管(BJT)时,电源对应BJT集电极和发射极:Vcc和Vee。在操作放大器内部使用晶体管(FET)电源标签和FET的漏极和源极相对应:Vdd和Vss。如今,许多操作放大器同时包含BJT和FET,因此V 和V-它是一个常见的标签,与设备内的晶体管无关。简而言之,只要了解它们的作用,就不要太在意引脚标签。

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图1:通用型操作放大器示意图符号

等式1表示操作放大器的传输函数:

在等式1中,AOL被称为开环增益。在现代操作放大器中,它通常是一个非常大的值(120 dB或1,000,000 V/V)。例如,如果IN 和IN-电压差仅为1mV,运算放大器将尝试输出10000V!在这种配置中,操作放大器不在线区域工作,因为输出不能使输入相等(记住,理想情况下In 等于In-)。因此,操作放大器需要一种控制开环增益的方法,即通过负反馈实现。

图2描述了作为反馈控制系统馈控制系统的一部分。您会注意到输出OUT将标记为的块反馈到负输入IN-。?它被称为反馈因子,通常使用电阻来降低输出电压。

图2:负反馈操作放大器

图3比较了开环操作放大器和负反馈操作放大器。这些TINA-TI?软件仿真电路采用的运放几乎是理想的运放,增加了限制输出电压的电源。注意左侧开环配置的输出几乎等于正电源(V )。这是因为输入引脚之间有一个很小的差异(100mV)。这种小电压被开环增益放大,开环增益被迫输出到其中一个电源电压。在图3右侧的负反馈或闭环电路中,放大器输出上的分压器需要200 mV输出电压使反相等于同相输入。

图3:开环(左)与负反馈(右)

放大输入电压称为增益。它是反馈电路中电阻值的函数。等式2描述了图3中右侧电路的增益方程,称为同相放大器。您将看到计算出的输出电压与模拟一致。如果您想了解更多关于该电路的信息(以及其他常见的操作放大器电路,如缓冲器、同相放大器和差分放大器),您可以下载电子书模拟工程师电路指南:放大器。”

操作放大器的输出受到电源电压的限制。图4显示了图3中相同放大器的输出电压和输入电压之间的关系。请注意,当输出接近正负电源时,输出饱和有限。

图4:同相放大器电路的输出和输入电压

由于此限制,在图5中可以看到输出接近电源,输入引脚之间的电压差Vdiff增加。只有当输入几乎相等时,操作放大器才能在线区域工作。

图5:同相放大器电路Vdiff和IN

为了更深入地了解操作放大器,请查看我们的模拟课程TI高精度实验室。本课程将深入讨论运算放大器,并讨论输入失调电压(Vos)、输入偏置电流(IB)输入/输出限制等基本非理想因素。还有一些高级主题讲座,如运算放大器带宽(BW)、压摆率(SR)、噪声、共模抑制比(CMRR)、电源抑制比(PSRR)和稳定性。除讲座外,一些主题还包括动手实验。为了进行这些实验,您需要相应的操作放大器评估模块。

如果您喜欢DIY有些电路可能是通用的DIY放大器电路评估模块(单通道运输)DIY放大器电路评估(用于双通道运输)或DIP对包装转换评估模块感兴趣(可与标准样板或电路试验板一起使用)。DIY-EVMs支持不同包装的运输和放大器电路,如同相放大器、反相放大器、缓冲器和滤波器(包括)Sallen-Key多反馈)。由于双列直插式包装(DIP)转换EVM许多标准的表面贴装封装可以转化为DIP,为了与电路试验板一起使用,您可以评估任何配置的放大器。

这是操作放大器的基本原理:只有当输入引脚的电压相等时,操作放大器才是线性的。然而,为了实现这一点,操作放大器只能调整其输出电压。输出振幅限制会增加输入电压差,导致非线性。

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