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通用运算放大器(Op-Amp)应用及分析

2020-9-15 10:02:36  528 运算放大器 电路设计
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运算放大器 ”是指在模拟和混合信号应用中经常使用的各种集成电路。运算放大器无疑是电气工程师可以使用的最有用,用途最广泛的组件之一。
这些设备相对易于理解和实施,并且可以集成到从最基本的模拟缓冲器到高阶滤波器和复杂信号发生器的电路中。

电压跟随器顾名思义,电压跟随器是其中输出电压跟随输入电压的电路。换一种说法,VOUT=VINVOUT=VIN
。如下图所示,运算放大器是唯一需要的组件。



电压跟随器很好地提醒了运算放大器的价值远远超过了放大。实际上,我们经常设计不希望增加输入信号幅度的运算放大器电路。对于电压跟随器,所需的功能正在缓冲中。
一个运算放大器是一种优秀的缓冲,因为它提供了非常高的输入阻抗和非常低的输出阻抗。当目标是有效地传输电压信号时,这正是我们想要的:高输入阻抗使电压跟随器与各种各样的源电路兼容,而低输出阻抗使它与各种各样的负载电路兼容。
以下列表总结了运算放大器电压跟随器的特性:
  • 单位收益 (i.e., VOUT/VIN=1VOUT/VIN=1)
  • 高输入阻抗
  • 低输出阻抗
  • 无相位反转

反相放大器运算放大器被视为独立组件时,它是具有极高增益的差分放大器。但是,我们通常不将运算放大器用作高增益放大器。取而代之的是,我们使用负反馈配置将运算放大器转换为低增益放大器电路,其中输入输出关系取决于外部无源元件
下面显示的配置称为反相放大器,是最基本的基于运算放大器的放大电路之一。



负反馈作用使该电路的增益几乎完全独立于运算放大器本身的增益。此外,我们只需选择两个电阻的值即可精确地控制增益。反相放大器还可以反相输入信号,也就是说,它在输入和输出之间产生180°的相移。
反相放大器的行为总结如下:
  • 反相并放大输入信号
  • 增益= –RF/R1
  • 低输出阻抗
  • 输入阻抗等于 [R1个[R1个 因此不一定很高

有源滤波器在许多应用中,我们仅需电阻和电容即可充分衰减信号的高频分量。改进基本RC低通滤波器的一种方法是添加一个缓冲区,如下图所示。



该电路实际上只是一个RC滤波器,它已与电压跟随器组合在一起以改善输出阻抗,但确实使我们更接近有源滤波器,也就是说,该电路的滤波作用依赖于两者放大元件和无源元件。
有源滤波器很重要,因为它们提供了一种有效且方便的方法来实现改善的二阶滤波器的频率响应。工程师通常会使用重要频率接近需要抑制的频率的信号,并使用二阶(或更高阶)滤波器来在频率响应较低的部分之间实现更快的过渡。衰减和频率响应中具有较高衰减的部分。
下图显示了一个基于广泛使用的Sallen-Key拓扑的有源低通滤波器的示例。



电流电压转换器运算放大器用作将电流信号转换为电压信号的简单有效的手段。如下图所示,最基本的实现方式是在运算放大器之外仅需要一个电阻。



输入电流施加到反相输入端,运算放大器生成一个输出电压,其大小等于电流乘以反馈电阻(RF)  。
电流-电压转换器(也称为跨阻放大器)的最常见应用可能是光电二极管电路,如下图所示。



光电二极管产生与光强度成正比的电流,因此,整个电路产生与光强度成正比的电压信号。

摘要
  • 运算放大器用途极为广泛,可用于各种电子电路。
  • 电压跟随器是一个简单的电路,仅需要一个运算放大器。由于它具有高输入阻抗和低输出阻抗,因此它可以用作有效的缓冲器。
  • 反相放大器由一个运算放大器和两个电阻组成。运算放大器提供放大作用,但电阻值决定增益。
  • 运算放大器可以与电阻器和电容器配合使用,以产生二阶频率响应。这些电路称为有源滤波器。
  • 运算放大器与一个反馈电阻器组合在一起,形成一个电路,该电路接收来自电流源的输入信号并产生相应的输出电压。

王栋春 2020-9-15 22:39:50
学习了解一下
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赵亚辉 2020-9-16 10:06:27
学习学习,谢谢。。
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刘海仓 2020-9-26 13:05:48
请问能介绍一些实际电路以及应用吗?
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