模电学习笔记——集成运算放大器

目录

一、集成运放概述

1、集成电路

2、集成运放

3、运放的传输特性 

 二、Multisim电路仿真

1、同相输入端

2、反相输入端

3、负反馈电路 

4、差分放大电路

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一、集成运放概述

1、集成电路

        将各种分立元件，如二极管、双极性晶体管（三极管）、电阻以及连接的导线等集成在一块芯片上，使其具有特定的功能。

2、集成运放

        一种高增益的直接耦合多级放大电路。最早用于模拟计算机实现各种数学运算，故称之运算放大器，也叫OP放大器（Operational Amplifier），简称运放。

        运放的结构：输入级、中间级、输出级、偏置电路。

图1.1  运放的结构 

图1.2 集成运放的实物图

图1.3 运放的封装

图1.4 单运放的引脚定义

      

图1.5 双运放的引脚定义

图1.6 运放的电路符号 

3、运放的传输特性 

图1.7 双电源供电运放的传输特性曲线 

        运放的线性范围非常小，因此若想使运放正常工作，输入电压必须非常小。在线性区=A。当输入电压非常大时，与之间呈非线性关系。如果继续增大，不变，这也称为饱和状态。

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*输入级：差分放大器。

*中间级：电源放大器。

*输出级：推挽放大器。

*偏置电路：为三极管提供工作点的电路。

*：输出电压

*：差模输入电压

*：电源电压，也可以理解为最大输出电压。

*A：放大倍数。

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 二、Multisim电路仿真

        OP放大器有两个输入端（+是指同相输入端，-是指反相输入端），一个输出端。

1、同相输入端

        若把反向输入端接地，同相输入端接输入信号，那么输出的波形将是同相的。

图2.1 同相输入 

图2.2 示波器1-两波同相 

2、反相输入端

        若把同向输入端接地，反相输入端接输入信号，那么输出的波形将是反相的。

图2.3 反相输入 

图2.4 示波器2-两波反相 

        将电路图稍作修改，得到反相的波形。

        值得一提的是，输出波形之所以会变成矩形波，是因为运放增益太大的缘故，使波形失真。我们暂时不要在意这个，只观察输出输入波形的相位变化。

        让我们再来思考一下：如果把同一输入信号同时加到两个输入端会出现什么？让我们试一试。

图2.5 两端输入 

图2.6 示波器3-波形完全消失

3、负反馈电路 

        这是因为前文提到的输入级中使用的电路为差分放大电路。差分放大电路具有放大差模信号，抑制共模信号的特点。像刚才那样，把同一输入信号同时加到两输入端即为共模信号，所以在理想情况下不会出现波形。

        而在实际电路中，我们常常使用负反馈电路。

图2.7 负反馈电路 

        图中R3便是负反馈电阻。我们为什么要用到负反馈呢？

        教材中有这样一段话：“......理想情况下，电压放大倍数和输入电阻都趋向于无穷大，输出电阻趋向于零。由于输出电压的动态范围受电阻电压的限制，而电压放大倍数又很大，所以运算放大器的输入动态范围非常小。如果不引入负反馈，运放很难工作在线性区。当运放引入负反馈后很容易达到深度负反馈，可实现性能优越的放大电路。”

4、差分放大电路

图2.8 差分放大电路 

图2.9 示波器4-无波形 

        输入相同的信号，得不到任何波形。

        改变其中一端的输入信号，将得到一下结果：

图2.10 差分放大电路 

图2.11 示波器5

图2.12 输入端波形 

        作差得到输出波形。

        这是因为在理想情况下，左右两边电路的参数完全一致，所以如果输入相同的信号，那么在输出端一和输出端二的信号也是完全相同的，没有电位差，相当于没有信号。这也就是为什么差分放大电路可以放大差模信号，抑制共模信号。并且还可以有效地抑制零点漂移。

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*差模信号：大小相同，相位相反的信号。

*共模信号：大小相同，相位相同的信号。

*零点漂移：三极管对温度敏感，温度升高或仪器老化都会对三极管的参数有所印象，从而改变静态工作点。该现象称为零点漂移。

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