运算放大器

最新推荐文章于 2025-01-05 20:00:49 发布

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文章标签：嵌入式硬件

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/m0_58526902/article/details/135986276

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本文详细探讨了集成电路运算放大器的组成，包括输入级的差分放大、中间级的电压放大以及输出级的功率放大。重点介绍了理想运算放大器的特点、主要性能指标如带宽、阻抗、增益和非线性失真等。此外，文章还涵盖了电压跟随器、差分放大电路以及抗干扰能力的应用实例，如积分和微分电路。

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知识点
1. 集成电路运算放大器组成：输入级差分放大，中间级电压放大，输出级功率放大。
2. 理想的运算放大器流入同向端和流出反向端的电流基本为零。
3. 理想的运算放大器：
  
  $r_i$ → $\propto$ , $r_0=0$ ,开环带宽： $BW$ → $\propto$
4. 虚短： $v_p-v_n=0$ , 虚断： $i_p=i_n=0$
5. 放大电路中的输入电阻和输出电阻不是直流电阻，而是在线性运行下的交流电阻。

主要性能指标

输入阻抗
输出阻抗	电阻大小将决定带负载的能力（输出量随负载变化的程度）
增益
频率响应	幅频响应：电压增益的模与角频率之间的关系
相频响应：放大电路输出与输入正弦电压信号的相位差与角频率之间的关系
非线性失真
带宽

同向放大电路
1. $r_i$ → $\propto$ ， $v_0=(1+\frac{R_2}{R_1})v_i$
反向放大电路
1. $R_i=R_1 ,v_0=-\frac{R_2}{R_1}v_i$
电压跟随器
1. $r_i$ → $\propto$ , $v_0=v_i$
差分放大电路
1. $v_0=(1+\frac{R_4}{R_1})(\frac{R_3/R_2}{1+R_3/R_2})v_{i2}-\frac{R_4}{R_1}v_{i1}$
2. 若 $\frac{R_1}{R_4}=\frac{R_2}{R_3}$ 时， $v_0=\frac{R_4}{R_1}(v_{i2}-v_{i1})$ , $R_i=R_1+R_2$
3. 缺点：输入电阻小，提高输入电阻，增益也会变小。
仪用放大电路

公式推导： $\because v_0=\frac{R_3}{R_4}(v_4-v_3)$

$i_{R1}=i_{R2}$

$v_4-v_3=-i_{R2}(R_1+2R_2)$

$i_{R2}=\frac{(v_1-v_2)}{R_1}$

$\therefore v_0=\frac{R_4}{R_3}(v_2-v_1)(\frac{2R_2}{R_1}+1)$
1. 优点：抗干扰能力强，输入电阻无穷大
求和电路

$\because i_3=i_1+i_2$
$\therefore \frac{v_0-v_n}{R3}=\frac{v_{i1}-v_n}{R_1}+\frac{v_{i2}-v_n}{R_2}$

即：

$v_0=-(\frac{R_3}{R_1}v_{i1}+\frac{R_3}{R_2}v_{i2})$
积分电路
1. $U=\frac{Q}{C}$
2. $i_1=i_2$
3. $v_N-v_0=\frac{1}{C}\int i_2dt=\frac{1}{C}\int \frac{v_1}{R}dt$
4. $v_0=-\frac{1}{RC}\int v_1dt$
微分电路
1. $Q=CU$
2. $i_I=C\frac{dv_I}{dt}$
3. $v_N-v_0=Ri$
4. $i_I=i$
5. $v_0=-RC\frac{dv_I}{dt}$