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反向運算放大器講解

冬至子 ? 來源:硬件工程師Jack ? 作者:硬件工程師Jack ? 2023-05-18 16:52 ? 次閱讀

運算放大器基礎知識中,我們了解到運算放大器的 開環增益 (AVO ) 可能非常高,高達 1,000,000 (120dB) 或更高。

然而,這種非常高的增益對我們沒有實際用處,因為它使放大器既不穩定又難以控制,因為輸入信號是最小的,僅幾微伏 (μV) 就足以使輸出電壓達到飽和并向一個或另一個電壓電源軌擺動,從而 失去對輸出的完全控制

所以在實際應用中,除了個別應用,類似電壓跟隨器。不需要加反饋電阻,大部分的應用都需要反饋電阻。

電壓跟隨器

對于反向運放,我們都會有一個電阻從輸出端接到輸入端,功能就是 降低整體的增益 ,使得放大器更穩定一些。

閉環增益

是指在反饋電路中,輸出信號與輸入信號的比值。在一個典型的反饋放大器電路中, 一部分輸出信號被饋回輸入端口,這就形成了一個反饋回路 。反饋回路中的信號與輸入信號相加,然后輸入到放大器的輸入端口。通過反饋回路中的信號對輸入信號進行調整,可以控制放大器的增益和頻率響應,從而實現對輸出信號的精確控制。

反向運放的配置

反向放大器

在此反相放大器電路中,運算放大器與反饋相連以產生閉環操作。在處理運算放大器時,要記住反相放大器的兩個非常重要的規則,它們是:“沒有電流流入輸入端” (虛斷) 和“-“的電壓 始終等于 “+”處的電壓。 (虛短) 然而,在現實世界的運算放大器電路中,這兩個規則都被稍微打破了。

閉環增益推導

這都沒啥說的,記住結論或許更重要:

Gain(av)=Vout/Vin=-Rf/Rin

就是說反向放大器的增益是由反饋電阻Rf和輸入電阻Rin共同決定的。 而不再是一個很大的增益。

注意事項

  1. 滿足運算放大器的工作要求:在使用反向放大器電路時,需要確保運算放大器的工作電源電壓和工作溫度范圍符合規定要求,以保證電路穩定工作。
  2. 選擇 合適的反饋電阻 :反向放大器電路中的反饋電阻決定了電路的放大倍數,因此需要根據具體應用要求選擇合適的電阻值。
  3. 防止電路失穩:在選擇反饋電阻時,需要考慮電路的穩定性問題。如果反饋電阻太大或太小,可能會導致電路失穩,出現振蕩等問題。為了避免這種情況的發生,需要進行 電路仿真和實驗驗證
  4. 處理輸入信號的偏移電壓:運算放大器具有輸入偏移電壓,可能會導致輸出信號存在偏移。為了避免這種情況的發生,需要進行電路校準或者使用帶有輸入偏移電壓補償的運算放大器。
  5. 處理輸出信號的截止問題:反向放大器電路中,反饋電阻和輸入電阻組成了一個高通濾波器,可能會導致低頻信號被截止。為了避免這種情況的發生,可以使用低通濾波器或者加入一個電容以提高低頻響應。

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