运算放大器电路基础知识整理(精华)

运算放大器基础放大器放大器是一种二端口器件，它接受一个称为输入的外加信号，产生一个称为输出的信号并使输出=增益×输入。此处的增益可以是一个比例常数（线性放大器），也可以是一个变值。一个放大器接受来自某个源的输入，并将它的输出输送到某个负载。根据输入和输出信号的属性，可将放大器分为：电压放大器、电流放大器、跨导放大器和跨阻放大器。这四种放大器能用戴维宁等效或诺顿等效给予建模。具体如下：电压放大器等效电路如下：源-负载增益为OiLocSsioLvRRAvRRRR电流放大器等效电路如下：源-负载增益为OsoscSsioLiRRAiRRRR跨导放大器（电路图左边如电压放大器，右边类似电流放大器）源-负载增益为OiogSsioLiRRAvRRRR跨阻放大器（电路图左边如电流放大器，右边类似电压放大器）源-负载增益为OsLocSsioLvRRAiRRRR当信号从源向负载传播时，首先在输入端口受到某些衰减，然后在放大器内部放大A，最后在输出端口又有额外的衰减。这些衰减统称之为加载效应。这四种基本放大器类型的理想输入和输出电阻如下表所示：输入输出放大器类型增益iRoRIvOv电压V/V∞0IiOi电流A/A0∞IiOv跨导A/V∞∞IvOi跨阻V/A00运算放大器（Operationalamplifier）,或简称为opamp。运算放大器是一种具有极高增益的放大器。实际上，运算放大器有别于其他所有电压放大器的就是：理想情况下，运算放大器的增益为无穷大。图（a）为运算放大器符号和为使它工作的电源连接图（b）为正确供电的运算放大器的等效电路（741运算放大器一般为:差分输入电阻2drM，电压增益200/aVmV,输出电阻75or）运算放大器没有一个0V的接地端子。参考“地”是由电源公共端从外部建立起来的。电源电压用ccV和EEV表示。运算放大器的符号中，标识为“－”和“＋”符号的输入分别代表反相和同相输入端。它们的对地电压分别表示为Nv和Pv，电压差DPNvvv称为差分输入电压。输出的对地电压表示为Ov。因为两个输入端对地都容许有独立的电位，所以这种输入端口属于双端型，而运算放大器的输出端口属于单端型。由于运算放大器仅对它的输入电压之差响应，而不对它们单个的值响应，因此运算放大器也称为差分放大器。为了使加载效应最小，必须使电压放大器从输入源中流出的电流趋于零（理想情况为零），而对负载来说其呈现出的电阻也要趋于零（理想为零）。对于理想运算放大器:dr，0or，0PNii，a，0DPNvvv，DOavv在实际应用中，运用理想模型得到的结果与实际模型的结果很接近，所以大多数情况下都可以按理想情况来处理。运算放大器的作用：1)信号放大2)缓冲隔离3)准位转换4)阻抗匹配5)电压转换为电流或电流转换为电压基本运算放大器电路最基本的运算放大器电路是：同相放大器电路、反相放大器电路。同相放大器电路dr，0or时同相放大器电路图如下：(令a，闭环输入电阻iR,闭环输出电阻0oR)，理想同相放大器的等下电路如下图所示：闭环增益A（A0，Iv和Ov的极性相同，故而命名为同相放大器）：22112111(1)1/1(1/)/()PIONOIOPNvvvRvvARRvRRRavavv令a，得理想闭环增益idealA:21lim11idealaRAAR反相放大器电路dr，0or时反相放大器电路图如下：(令a，闭环输入电阻1iRR,闭环输出电阻0oR)，理想反相放大器的等下电路如下图所示：闭环增益A（A0，Iv和Ov的极性不相同，故而命名为反相放大器）：212211210111()1/1/1(1/)/()PONIOIOPNvvRvvvARRRRvRRRavavv令a，得理想闭环增益idealA:21lim0idealaRAAR12212121211((1))1(1/)/()PONOIIIOPNVVVRRVVVRVVVARRRRVVVRRRaVaVV由上式可知，当VV时，A恒大与0。同相时，0IVVV，则21211(1)1(1/)/RARRRa反相时，0IVVV，则21211()1(1/)/RARRRaR1R2V-V+Vo理想运算放大器电路分析以上对理想闭环增益的推导比较繁琐，还有一种当工作在负反馈下，一个理想运算放大器无论输出什么样的电压和电流，它都会将Dv驱动到零，或等效地说，将强迫Nv跟踪Pv，而在任一输入端都不吸取任何电流。从电压的角度来说，输入端口好像是短路；从电流的角度来说，输入端口好像是开路。称为虚短路其他运算放大器电路求和放大器有两个或多个输入和一个输出，下图为三个输入时的电路图：根据流入虚地节点的总电流等于流出的电流，可得虚地使这些输入电流对应于这些源电压都是成现行比例关系的，另外这些源还防止了相互作用，源中的任何一个都是与这个电路不相连接的。因为输出直接来自于运算放大器内部的受控源，所以输出电阻0oR。由于虚地的原因，从源kv看过去的输入电阻(1,2,3)ikRk就等于对应的电阻(1,2,3)kRk。，只要用skkRR替换以上公式中的(1,2,3)kRk即可（skR是第k个输入源的输出电阻）。差分放大器有两个输入和一个输出，下图为其电路图：由将输出作为12OOOvvv来求出Ov，这里1Ov是将2v置于零产生的Ov值，而2Ov是将1v置于零产生的Ov值。令20v产生0Pv，则121111(/)OivRRvRR，1iR是被源1v看进去的输入电阻。令10v，则221214342234(1/)(1/)[/()]OPivRRvRRRRRvRRR，2iR是被源2v看进去的输入电阻。由12OOOvvv得：21221134112341/()1/0OiioRRRvvvRRRRRRRRR当3142RRRR时，2211()ORvvvR，这时的输出是正比于输入的真正差值，故此得名。微分器（不稳定）电路图如下所示：CRii，根据电容定律和欧姆定律，有()(0)/(0)/()IIOOdvtCdvdtvRvtRCdt该电路的输出正比于输入的时间导数，故此得名。比例常数由R和C设定，其单位是秒（s）。这个电路趋向于震荡，很难稳定，提供合适的电阻，可使该电路在有限的频率范围内提供微分的功能。积分器（不稳定）电路图如下所示：CRii，根据电容定律和欧姆定律，有01(0)/(0)/()()(0)tIOOIOvRCdvdtvtvdvRC该电路的输出正比于输入的时间积分，故此得名。比例常数由R和C设定，其单位是秒（1s）。这个电路的输出将漂移不定，直至饱和在接近某一电源电压值。这是输入失调误差引起的。一种粗糙的处理方法是用一个合适的电阻与C并联，构成有耗积分器。负阻转换器电路图如下所示：对于图（a），eqvRRi；对于图（b），221112[(1)]//()eqeqRivvRRvRRRRRRRvRi。负电阻的应用如：在电流源设计中可用负阻去中和不需要的一般电阻，而在有源滤波器和振荡器设计中则用作控制极点位置。