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方便多用途的集成威廉希尔官方网站
— 运算放大器
运算放大器是一种可以进行数学运算的放大威廉希尔官方网站 。运算放大器不仅可以通过增大或减小模拟输入信号来实 现放大,还可以进行加减法以及微积分等运算。所以,运算放大器是一种用途广泛,又便于使用的集成威廉希尔官方网站 。 图1:运算放大器的威廉希尔官方网站 符号 如图1所示,运算放大器的威廉希尔官方网站 符号有正相输入端Vin( )和反相输入端Vin(-)两个输入引脚,以及一个输出引脚Vout。实际上运算放大器还有电源引脚( 电源、-电源)和偏移输入引脚等,在威廉希尔官方网站 符号上没有表示出来。 运算放大器的主要功能是以高增益放大、输出2个模拟信号的差值。我们将放大2个输入电压差的运放称为差动放大器。当Vin( )电压较高时,正向放大输出 。当Vin(-)电压较高时,负向放大输出。此外,运算放大器还具有输入阻抗极大和输出阻抗极小的特征。 即使输入信号的差很小,由于运算放大器有极高 的放大倍数,所以,也会导致输出最大或最小电压值。因此,常常要加负反馈后使用。下面让我们来看一个使用了负反馈的放大器威廉希尔官方网站 。 |
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运算放大器的基本(1) - 反相放大器威廉希尔官方网站
如图2所示,反相放大器威廉希尔官方网站 具有放大输入信号并反相输出的功能。“反相”的意思是正、负号颠倒。这个放大器应用了负反馈技术。所谓负反馈,即将输出信号的一部分返回到输入,在图2所示威廉希尔官方网站 中,象把输出Vout经由R2连接(返回)到反相输入端(-)的连接方法就是负反馈。 我们来看一下这个反相放大器威廉希尔官方网站 的工作过程。运算放大器具有以下特点,当输出端不加电源电压时,正相输入端( )和反相输入端(-)被认为施加了相同的电压,也就是说可以认为是虚短路。所以,当正相输入端( )为0V时,A点的电压也为0V。根据欧姆定律,可以得出经过R1的I1=Vin/R1。 图2:反相放大器威廉希尔官方网站 另外,运算放大器的输入阻抗极高,反相输入端(-)中基本上没有电流。因此,当I1经由A点流向R2时,I1和I2电流基本相等。由以上条件,对 R2使用欧姆定律,则得出Vout=-I1×R2。I1为负是因为I2从电压为0V的点A流出。换一个角度来 看,当反相输入端(-)的输入电压上升时,输出会被反相,向负方向大幅度放大。由于这个负方向的输出电压经由R2与反相输入端相连,因此,会使反相输入端(-)的电压上升受阻。反相输入端和正相输入端电压都变为0V,输出电压稳定。 那么我们通过这个放大器威廉希尔官方网站 中输入与输出的关系来计算一下增益。增益是Vout和Vin的比,即Vout/Vin=(-I1×R2)/(I1×R1)=-R2/R1。所得增益为-表示波形反相。 在这个算公式中需要特别注意的地方是,增益仅由R1和R2电阻比决定。也就是说。我们可以通过改变电阻容易地改变增益。在具有高增益的运算放大器上应用负反馈,通过调整电阻值,就可以得到期望的增益威廉希尔官方网站 。 |
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运算放大器的基本(2) — 正相放大器威廉希尔官方网站
与反相放大器威廉希尔官方网站 相对, 图3所示威廉希尔官方网站 叫做正相放大器威廉希尔官方网站 。与反相放大器威廉希尔官方网站 最大的不同是,在正相放大器威廉希尔官方网站 中,输入波形和输出波形的相位是相同的,以及输入信号是加在正相输入端( )。与反相放大器威廉希尔官方网站 相同的是,两个威廉希尔官方网站 都利用了负反馈。 我们来看一下这个威廉希尔官方网站 的工作过程。首先,通过虚短路,正相输入端( )和反相输入端 (-)的电压都是Vin,即点A电压为Vin。根据欧姆定律,VinR1×I1。另外,运算放大器的两个输入端上基本没有电流,所以 I1=I2。而Vout为R1与R2电压的和,即Vout=R2×I2 R1×I1。 整理以上公式可得到增益G,即G=Vout/Vin(1 R2/R1)。 图3:正相放大器威廉希尔官方网站 如果撤销这个威廉希尔官方网站 中的R1,将R2电阻变为0Ω 或者短路,则威廉希尔官方网站 变为增益为1的电压跟随器。这种威廉希尔官方网站 常用于阻抗变换和缓冲器中。 |
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输入值的判定 — 比较器
Comparator也可称为比较器,比较两个电压的大小,然后输 出1( 侧的电源电压,图示为VDD)或0(-侧的电源电压)。比较器常常用于检测输入是否达到规定值。也可以用运算放大器来代替比较器,但一般情况下使用专用的比较器IC。比较器和运算放大器使用相同威廉希尔官方网站 符号。 比较器威廉希尔官方网站 如图4所示。我们来看一下这个威廉希尔官方网站 的工作过程。首先应该注意,这个威廉希尔官方网站 中没有正反馈也没有负反馈。放大Vin和VREF的差值,从Vout输出。例如,Vin大于VREF时,放大输出的Vout上升至 侧的电源电压,达到饱和。Vin小于VREF时,输出Vout降至-侧电源电压达到饱和。 通过这个动作,Vin和VREF的比较结果在Vout上输出。 实际应用中,一般使图4威廉希尔官方网站 上产生滞后(用于防止错误动作的电压领域),如图5,Vin产生一些噪波,但仍可稳定动作。 图4:比较器威廉希尔官方网站 图5:有滞后效应的比较器威廉希尔官方网站 |
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利用正反馈的发振威廉希尔官方网站
负反馈动作中,从输出返到输入的信号越大,则输出越小。于此相反,正反馈中,从输出返到输入的 信号越大,则输入越大。当正反馈动作中增益大于1时,威廉希尔官方网站 振荡。将这种振荡合理利用到威廉希尔官方网站 中,就形成振荡威廉希尔官方网站 。 图6的不稳定多谐振荡器就是一个振荡威廉希尔官方网站 。 图6:不稳定多谐振荡器威廉希尔官方网站 侧最大值VL和-侧最大值 VL都是不稳定的,两个数值不断变化,因此称之为不稳定。我们来看看这个威廉希尔官方网站 中的动作。首先,输出Vout经由R2反馈至正相输入端( ),这是一个正反馈威廉希尔官方网站 。然后在输入Vout上应用R3和C,这是一个积分威廉希尔官方网站 。大家可能会觉得积分威廉希尔官方网站 很难,实际上,我们可以将它简单理解为, 输出在Vout上的电压的一部分,缓缓储存到电容器的一个过程威廉希尔官方网站 。在初始状态中,通过正反馈威廉希尔官方网站 Vout迅速增大并达到最大值(VL)。 然后, 通过R3和C构成的积分威廉希尔官方网站 ,缓缓增加反相输入端(-)。经过一定时间,正相输入端(+)的电压超过反相输入端(-)电压,相当于在差动输入上输 入负电压,则Vout在负侧上迅速增大达到-VL。Vout变为负,通过R3和C构成的积分威廉希尔官方网站 ,反相输入端(-)电压缓缓增大。经过一定 时间后,反相输入端电压超过正相输入端(+)的电压,相当于在差动输入上输入了正电压,则Vout向正方向迅速变化。这个过程不断重复,在Vout交替出现 VL和-VL,从而实现振荡威廉希尔官方网站 动作。 |
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