运算放大器学习

Posted 2023-03-29 理工科的忧伤

视频

【直观解释】运算放大器_哔哩哔哩_bilibili

1.作用

现在主要应用于信号放大及有源滤波器设计。

理想的运算放大器

所谓理想的运放，它的输入阻抗无穷大，输出阻抗为零

 理想的运放电路分析有两大重要原则贯穿始终，即“虚短”与“虚断”。

“虚短”的意思是正端和负端接近短路，即V+=V-,看起来像“短路”;

“虚断”的意思是流入正端及负端的电流接近于零，即I+=I-=0,看起来像断路（因为输入阻抗无穷大）。

运算放大器有两个电源输入端，一般这两个电源输入端不会表现出来（就是不会画出来），但是要记住，输出端的电压在这两个电源输入端的之间

1，电流永远不会流入或者流出输入端

 2，电流可以流入输出端

 3，电流也可以流出输入端

 4，当输入+端低于输入-端时。输出端输出很大的负电压

同理，当输入+端高于输入-端时。输出端输出很大的正电压

2-1，上电路

如图电路

 当输入端+低于输入端-时，

1-->输出端会产生一个负电压，

2--->由于电阻分压作用，输入端-电压会下降

3--->负反馈会使+  -输入端的电压几乎相等，这时，输出端的电压趋于稳定

 6，同理，当输入端+电压高于输入端-时，同上

上述两种情况，负反馈的存在，总是使+-两端的电压无限接近，从而这两端的压差很小，很小的压差乘以一个很大的放大倍数，就是这会输出电压了；

 7，如果我们使+端的电压为0，

我们给输入任何电压，输入端-的电压会总是无限接近0V；

 

如果我们输入一个低电压，电流会如下图流动； 

因此，会有下图两个公式

 也可以这种，即输入和输出同向 

 也可以这种，这是输入端的三个电阻分担了电流，

 因此

 -------------

1.

另一种情况，是电容比电阻慢半拍吗？

 2，又一种情况，交换电阻和电容的值

 

最后一种情况

作为缓冲器

特点：输入端没有电流，输出端的电流来源于放大器的电源端子

 

模电学习11 运算放大器学习入门

一、基本概念

运算放大器简称运放，是一种模拟电路实现的集成电路，可以对信号进行很高倍数的放大。一般有正相输入端、反相输入端、输出端口、正电源、负电源等接口。
运放可工作在饱和区、放大区，其中放大区极其陡峭，因为运放的放大倍数非常大，可能数万倍以上。 实际运用中会引入负反馈。

1. 一些端口介绍

• 正相输入端 Vp
• 反相输入端 Vn
• Vcc 正电源
• Vee 负电源
• $V_{out}$ 输出端口

2. 虚短的概念

当引入深度负反馈时，在理想情况下，两个输入端的电位相等，就好像两个输入端短接在一起，但事实上并没有短接，所以称为“虚短”。

3. 虚断

在理想情况下，输入断电阻极大，流入运放的电流近仿为零，可以近似看为断路状态。

二、常见电路

1. 比较器

运算放大器比较简单的应用就是比较器。
当正相输入端电压高于反相输入端电压时，输出正电源电压；
当反相输入端电压高于正相输入端电压时，输出负电源电压。
实际情况中输出电压达不到电源最大值，会略低一点。

（1）实验电路

（2）仿真输出波形

上图中很陡峭的那个区域，是运放工作在放大区的区域 。

2. 反相放大器

引入负反馈后，运放可以工作在放大区。

（1）电路原理图

（2）电路分析

• 从虚断特性推导出 $I_p=I_n=0$
• 由$I_p=0$推导出 R2 上没有电压 => $U_p=0$
• 由于负反馈电路，存在虚短特性，=> $U_n=U_p=0$
• 可推导出$\frac{U_i-U_N}{R1}=\frac{U_N-U_o}{R3}$
• 进一步推导出$U_o=-\frac{R3/R1}{U_i}$

即输出和输入是反相放大关系。

（3）仿真结果

3. 反向求和电路

（1）原理图

（2）计算公式

$$U_o=-R_f\ast (\frac{U_{i1}}{R_1}+\frac{U_{i2}}{R_2}+\frac{U_{i3}}{R_3})$$

（3）仿真结果

代入上面公式，可得峰值电压 -3V~+3V，示波器显示如下：

加法器的一个应用场景是混音器，多种音频信号通过加法器连接在一起，经过放大后输出 。

4. 同相比例放大电路

（1）电路

这里 R1=R2=R

（2）公式

$$U_o=(1+\frac{R_f}{R})U_i$$

（3）仿真

更多运放电路以后再慢慢学习，这里先列上面几个作为入门学习。