運算放大器起源于模擬計算機時代,用于進行加、減法、微分、積分等數學運算,因此被稱為運算放大器,簡稱“運放”。
現在模擬計算機早已停留在歷史的長河里了,但運放卻因為其廣泛的用途保持了長久的生命力。
它在有源濾波器、開關電容電路、數-模和模-數轉換器、直流信號放大、波形的產生和變換以及信號處理等方面得到十分廣泛的應用。
學習運放的使用,首先應該學會計算由其構成的放大電路的放大公式,也就是學會求出該放大電路輸出信號和輸入信號之間的關系。
為方便初學者更好的入門,特撰本文舉例,詳細說明計算過程。如果真正看懂了,那么其他運放構成的放大電路也就容易自行計算和理解了。
電路結構
基于運放設計的減法電路(也叫差分電路)
基本規律
本文計算方法應用的條件:
運算放大器采用負反饋的連接方式→即信號從輸出端Uo經過反饋電阻RF回到輸入“-”端——負反饋!
可以看出上面電路符合本條件。
計算方法:
以前學習的“基爾霍夫定理”、“歐姆定律”、“疊加定理”等電路規律在此照常適用。
(1)虛斷路——運放的“-”端、“+”端的引腳電流接近為0,如下圖紅色部分示意。
即圖中紅色部分導線在計算時可以當作不存在,因此有iR1=iRF,iR2=iR3
(2)虛短路——運放的“-”端、“+”端兩個引腳的電位相等,即V-=V+
計算過程
根據虛斷路可得:iR1=iRF,iR2=iR3
又根據歐姆定律可知:
故有:
各自求出V- 、V+ :
根據虛短路可得:V-=V+
所以:
化簡可得放大公式(此處略出純數學變形化簡推導步驟):
如果
則放大公式可簡化為:
擴展
將輸入ui2接地,可得到反相比例運算電路;
將ui1接地,可得到同相比例運算電路。
本文所舉例電路的計算也可利用疊加定理,即最終輸出=反相比例運算結果+同相比例運算結果。
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