运放基础讲解

1、集成运放的内部组成单元

    在了解运放之前，需要对集成运放的内部单元作一个简单的讲解。集成电路运算放大器

种类很多，功能也多，电路也不一致，但是其内部结构框图基本上是一致的。由三部分组成：输入级，中间级，输出级。输入级由差分放大电路组成，利用他的电路对称性可提高整个电路的性能。中间电压放大级的主要作用是提高电压增益，它可以由一级或多级放大电路组成；输出级的电压增益为1，但能为负责提供一定的功率，电路由两个电源V+和V-供电。整个电路设计成两个输入端P和N，一个输出端O。三端的电压分别用Vp，Vn，和Vo表示，P、N两端分别称为同相输入端和反相输入端，意即当P端加入电压信号Vp（Vn = 0）时，在输出端得到的电压Vo与Vp同相；当在N端加入电压信号Vn(Vp = 0)时，在输出端得到的输出电压Vo与Vp反相。一个世纪的集成运放，P、N与O端的电压信号的之间的关系是确定的。

   输出电压Vo与差分放大输入级的两个输入端的关系：       

Vo = Av（Vp - Vn）

2、运算放大器的电路模型

3、基本线性运放电路

3.1同相放大电路

1、基本放大电路及负反馈

 如下图所示，输入信号Vi（=Vp）加到运放的同相输入端之间，从这里引入负反馈

基本概念来分析电路。

Vp（Vi） 变大

由Vo = AV（Vp-Vn）有 Vo变大

通过反馈电路R2和R1，Vo为正，则反馈电压Vn亦为正，则净输入

Vid =Vi-Vf=Vp-Vn比无反馈时减少了，即Vn抵消了Vi的一部分，使放大电路的

输出电压减小了，即Vn抵消了Vi的一部分，使放大电路的输出电压Vo减小了，

放大电路的电压增益Av =Vo/Vi 也减小了，因而这时引入的反馈是负反馈。

           图3.3.1 同相放大电路

3）  输出电阻Ro

根据求输出电阻的方法，将信号源Vi置0，则运放内的受控电压源也为零。同时因为理想运放的输出电阻 = 0，尽管输出端还有其他并联支路。但从输出端口看进去的输出电阻Ro =

          故有  Ro—>0

3、电压跟随器

      将同相放大器中，R1 = ∞，R2 = 0，则得Vi = Vp =Vn

               Av =

           图3.3.2  电压跟随器

3.3 反相放大电路

1、基本电路

      

                  图3.3.3  反相放大电路

    输入电压Vi通过R1作用于运放的反相端，由虚短的概念可知，Vn= Vp =0,因此反相输入端的电位接近于地电位，故称虚地，如图2.3.3所示。

    虚地的存在是反相放大电路在闭环工作状态下的重要特征

2、重要特征

1）闭环电压增益

Av = Vo/Vi = -R2/R1

2）输入输出电阻电阻

         Ri = Vi/= R1

    同同相放大电路类似，Ro –>0.

 

由上面可知，输入电阻是反相放大电路的一个小小缺点，当需要高输入电阻时，就需要想其他办法了。可以使用T型网络反相输入放大电路来提高输入电阻，同时使系统保持稳定，同时可以高增益。

 
3.3 同相输入和反相输入放大电路的其它应用

3.2.1 求差电路

如图3.3.4所示电路是用来实现两个电压Vi1、Vi2相减的求差电路，又称差分放大电路。从电路的结构来看，它是反相输入和同相输入相结合的放大电路。

  根据虚短和虚断的概念，对节点n和p的电流方程然后推导得：

        
  在上式中，如果选取阻值满足R4/R1 =R3/R2 的关系，输出电压可简化为

         
比例系数为
      
                    图3.3.4 差分放大电路

1）  输入电阻Ri

输入电阻Ri是从输入端看进去的电阻，当电路中R1 = R2 =R3 =R4时，利用虚短 和虚断（i = 0）的概念。在（Vi2-Vi1）作用下，可得输入Vi2 端口的电流等于流出Vi1端口的电流，则输入电压

                               

  2) 输出电阻 Ro