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  • 运算放大器(简称“运放”)是具有很高放大倍数电路单元。在实际电路中,通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。它是一种带有特殊耦合电路及反馈放大器。其输出信号可以是输入信号加、减或微分、积分等数学运算...
  • 许多教材和参考指南将运算放大器(运放)定义为可以执行各种功能或操作(如放大、加法和减法)的专用集成电路(IC)。...因此,运算放大器的输出通常以某种方式连接到输入,这种通常被称为电压反馈。在本...

    许多教材和参考指南将运算放大器(运放)定义为可以执行各种功能或操作(如放大、加法和减法)的专用集成电路(IC)。虽然我同意这个定义,但仍需注重芯片的输入引脚的电压。

    当输入电压相等时,运算放大器通常在线性范围内工作,而运算放大器正是在线性范围内准确地执行上述功能。然而,运算放大器只能改变一个条件来使输入电压相等,即输出电压。因此,运算放大器的输出通常以某种方式连接到输入,这种通常被称为电压反馈。

    在本文中,我将解释一个通用电压反馈运算放大器的基本操作,并请您参阅其他内容以了解更多信息。

    图1描述了运算放大器的标准示意图符号。有两个输入端(IN+, IN-)、一个输出端(OUT)和两个电源端(V+, V-)。这些端的名称可能因制造商而异,甚至单个制造商也可能使用不同的名称,但它们仍然是相同的五个端。

    例如,您可能会看到Vcc或Vdd而不是V+。又或者,您可能会看到Vee或Vss而不是V-。电源端子的其他标签会有所不同,因为它们指的是器件内部的晶体管类型。例如,当在运算放大器内部使用双极结型晶体管(BJT)时,电源对应于BJT的集电极和发射极:Vcc和Vee。在运算放大器内部使用场效应晶体管(FET)时,电源标签与FET的漏极和源极相对应:Vdd和Vss。如今,许多运算放大器同时包含BJT和FET,因此V+和V-是常见的标签,与器件内部的晶体管无关。简言之,不要太在意引脚标签,只要理解它们的作用即可。

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    图1:通用型运算放大器示意图符号

    等式1表示运算放大器的传递函数:

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    在等式1中,AOL被称为“开环增益”。在现代运算放大器中,它通常是一个非常大的值(120 dB或1,000,000 V/V)。例如,如果IN+和IN-之间的电压差仅为1mV,运算放大器将尝试输出1000V!在这种配置中,运算放大器不在线性区域内工作,因为输出不能使输入彼此相等(记住,理想情况下In+等于In-)。因此,运算放大器需要一种方法来控制开环增益,即通过负反馈来实现。

    图2描述了作为反馈控制系统一部分的运算放大器。您会注意到输出OUT通过一个标记为ß的块反馈到负输入IN-。ß被称为反馈因子,通常使用电阻来降低输出电压。

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    图2:负反馈运算放大器

    图3比较了开环运算放大器和负反馈运算放大器。这些TINA-TI™软件仿真电路采用的运放是近乎理想的运放,加了电源来限制输出电压。注意,对于左侧的开环配置,输出几乎等于正电源(V+)。这是因为输入引脚之间有一个很小的差异(100mV)。这种小电压被开环增益放大,开环增益会强制输出到其中一个电源电压。在图3右侧的负反馈或闭环电路中,运算放大器输出上的分压器需要200 mV的输出电压,以便使反相和同相输入相等。

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    图3:开环(左)与负反馈(右)

    输入电压的放大称为增益。它是反馈回路中电阻值的函数。等式2描述了图3中右边电路的增益方程,这就是所谓的同相放大器。您将看到计算出的输出电压与仿真相符。如果您想要了解有关此电路(以及其他常见的运算放大器电路,如缓冲器、同相放大器和差分放大器)的更多信息,您可以下载电子书“模拟工程师电路指南:放大器”。”

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    运算放大器的输出受到电源电压的限制。图4是图3中同相放大器的输出电压与输入电压的关系图。注意当输出接近正负电源时,输出由于饱和受限。

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    图4:同相放大器电路的输出与输入电压

    由于这个限制,在图5中可以看到,随着输出接近电源,输入引脚之间的电压差Vdiff增加。只有当输入几乎相等时,运算放大器才在线性区域工作。

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    图5:同相放大器电路的Vdiff和IN+

    为了更深入地了解运算放大器,请查看我们的模拟课程TI高精度实验室。本课程将深入探讨运算放大器,并讨论输入失调电压(Vos)、输入偏置电流(IB)和输入/输出限制等基本非理想因素。还有一些高级主题讲座,如运算放大器带宽(BW)、压摆率(SR)、噪声、共模抑制比(CMRR)、电源抑制比(PSRR)和稳定性。除了讲座之外,有些主题还包括动手实验。为了进行这些实验,您需要相应的运算放大器评估模块。

    如果您喜欢DIY一些电路,那么可能会对通用DIY放大器电路评估模块(用于单通道运放)、双通道通用DIY放大器电路评估(用于双通道运放)或DIP封装转换评估模块(可与标准的打样板或电路试验板一起使用)感兴趣。DIY-EVMs支持不同封装的运放,并具有许多标准运算放大器电路,如本文所述的同相放大器、反相放大器、缓冲器和滤波器(包括Sallen-Key和多反馈)。由于双列直插式封装(DIP)转换EVM可以将许多标准的表面贴装封装转换为DIP,以便与电路试验板一起使用,因此您可以评估任何配置的放大器。

    这就是运算放大器的基本原理:只有当输入引脚的电压相等时,运算放大器才是线性的。然而,为了实现这一点,运算放大器只能调整其输出电压。输出摆幅限制会导致输入电压差增大,从而导致非线性。

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  • 型号为LME49721轨到轨输入/输出运算放大器不但具有极高保真度,还可为低电压高端便携式电子产品提供信号调节功能。另一款型号为LME49713电流反馈运算放大器具有超低失真与低噪声优点,带宽高达190MHz以上,快速...
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  • 运算放大器参数资料,丰富内容及应用讲解,理解更轻松
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  • 运算放大器

    2016-01-06 23:29:00
    运放是运算放大器的简称。在实际电路中,通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。由于早期应用于模拟计算机中,用以实现数学运算,故得名“运算放大器”,此名称一直延续至今
  • 运算放大器是差分输入、单端输出极高增益放大器,常用于高精度模拟电路,因此必须测量其性能。但在开环测量中,其开环增益可能高达107或更高,而拾取、杂散电流或塞贝克(热电偶)效应可能会在放大器输入端产生...
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  •  运算放大器的主要功能是以高增益放大、输出2个模拟信号的差值。我们将放大2个输入电压差的运放称为差动放大器。当Vin(+)电压较高时,正向放大输出 。当Vin(-)电压较高时,负向放大输出。此外,运
  •  运算放大器的电路结构有三种主要形式。一是单端输入、单端输出,斩波稳定式直流放大器等采取这种形式。二是差分输入、单端输出,大多数集成运算放大器采取这种形式。三是差分输入、差分输出,直流放大器和部分
  •  运算放大器的输入级通常是差分放大电路,其主要功能是抑制共模干扰和温漂,双极型运放中差分管通常采用CC-CB复合管,以便拓展通频带;  运算放大器的中间级采用共射或共源电路,并采用恒流源负载和复合管以增加...
  • PIN二极管在重掺杂P区和N区之间夹有一层轻掺杂本征区(I),此类二极管广泛用于射频与微波领域。... 另一方面,也可以使用随处可得的运算放大器以及箝位放大器、差分放大器等特殊放大器作为备选方案,代替分立
  • 运算放大器是模拟电路设计中的基本功能单元,小尺寸、高性能始终是设计人员的追求目标。本应用笔记重点介绍了运算放大器的发展方向以及设计中的折中考虑。
  • 表a、b、c给出了一些集成运算放大器的引脚功能,供使用时查阅。  集成运算放大器引脚功能代表符号  单运放集成电路引脚功能    双运放集成电路引脚功能   四运放集成电路引脚功能  
  • (一) uA741集成运算放大器特性 uA741集成块器件是一款具有失调电压清零功能通用运算放大器。 此放大器具有高共模输出电压范围且无锁存,因此是电压跟随器应用理想选择。 该放大器具有短路保护功能,并且内部频率...

    (一) uA741集成运算放大器特性

    uA741集成块器件是一款具有失调电压清零功能通用运算放大器。

    此放大器具有高共模输出电压范围且无锁存,因此是电压跟随器应用的理想选择。

    该放大器具有短路保护功能,并且内部频率补偿可在无需外部组件的情况下确保稳定性。失调电压清零输入之间可以连接一个低值电位器,从而将失调电压清零。

    uA741特性: 短路保护,失调电压清零功能,宽泛的共模和差分电压范围,无需频率补偿,无锁存,工作温度范围0℃一70℃。

    (二) uA741外观如图①,各引脚功能如图②

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    图① uA741外形

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    图② uA741各引脚功能

    見图②,uA741,2脚是反相输入端,3脚是同相输入端,6脚是输出端,7脚接正电源,4脚接负电源(双电源工作时或地(单电源工作时),1脚和5脚是失调电压调零端,8脚是空脚内部没任何连接。

    (三) uA741运算放大器应用控制电路2例,如图①,图②

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    图①数字/模拟输出接口电路

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    图②恒温控制电路

    見电路图②,其工作原理: RT在低温下阻值很大,在高温下阻值变很小,即为热敏电阻(NTC负温度系数),当环镜溫度低于设定溫度时,电压比较器uA741的2脚电压高于1脚电压,4脚输出高电平,使ⅤL2发光指示,同时触发双向晶闸管ⅤTH导通,使加热器通电,加热升温。当环境温度高于设定溫度时,电压比较器uA741的2脚电压低于1脚,4脚输出低电平,于是VL2熄灭,双问晶闸管ⅤTH截止,加热断电,停止加热,从而实现温度的恒定控制。

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  •  运算放大器的电路结构有三种主要形式。一是单端输入、单端输出,斩波稳定式直流放大器等采取这种形式。二是差分输入、单端输出,大多数集成运算放大器采取这种形式。三是差分输入、差分输出,直流放大器和部分
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  • 什么是运算放大器

    2021-01-20 01:35:20
    因此,运算放大器的输出通常以某种方式连接到输入,这种通常被称为电压反馈。 在本文中,我将解释一个通用电压反馈运算放大器的基本操作,并请您参阅其他内容以了解更多信息。 图1描述了运算放大器的标准示意图...
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  • 运算放大器的共模增益问题

    千次阅读 2019-05-29 17:03:08
    原文地址:运算放大器的共模增益问题作者:forward 这个问题可能是人们学习时容易忽略的,甚至根本没注意到有这样的问题----不是说运算放大器有共模抑制功能吗?!实际上并不是这样的,普通接法的运算放大器并“不...

    原文地址:运算放大器的共模增益问题作者:forward

    这个问题可能是人们学习时容易忽略的,甚至根本没注意到有这样的问题----不是说运算放大器有共模抑制功能吗?!实际上并不是这样的,普通接法的运算放大器并“不能”进行有效共模电压抑制,要解决共模电压抑制的问题,必须使用仪表放大器或差分放大器。


    如图,对于有共模电压输入的放大器,如果将R1接地,则放大器成为一个输入电压为Vi=VCM的同相放大器。这样,其输出电压为:

    VOUT1=(1+R2/R1)VCM…………………………………………………………(1)

    同理,将放大器的同相端接地,则放大器成为一个输入电压为的反相放大器。这时其输出电压为:

    VOUT2=(-R2/R1)VCM………………………………………………………………(2)

    这样,总的共模输出电压为:

    VOUT=VOUT1+VOUT2=(-R2/R1)VCM+(1+R2/R1)VCM=VCM……………………………(3)

    可见,运算放大器的共模增益为1。这个结果相当于共模电压直接在输出出现,不增加也不减少,----放大器没有对它进行抑制。如果总的结果是产生抑制了,那么,只是因为信号放大倍数大于1的前提下才有这样的结果。如果放大倍数小于1,还相当于共模电压增加了呢!

    [转载]运算放大器的共模增益问题
    注:所使用的附图见高光天审校的《仪表放大器应用工程师指南 第二版(A DESIGNER’S GUIDE TO INSTRUMENTATION AMPLIFIERS   2ND Edition)》中译本。译文中作出的解释说明如下 (红色字体的一段话比较难理解一点,写得也不太显眼,有可能被人不可思索地忽略而过,也正因如此,才编写了这个帖子。) :

    运算放大器与仪表放大器的CMR比较

    运算放大器、仪表放大器和差分放大器都可以提供CMR。然而,仪表放大器和差分放大器适合用于抑制共模信号以便它们不在其放大器的输出端出现。相反,按照典型的反相或同相放大器方式工作的运算放大器处理共模信号,将其送至输出端,但是通常并不抑制它们。

    图1-3a示出一个运算放大器,与其连接的输入信号源叠加在一个共模电压之上。因为反馈是从外部施加在输出与求和节点之间,所以迫使“-”输入端的电压与“+”输入端的电压相同。所以该运算放大器的两输入端之间的电压理想情况下应为0V。因此,对应于0V差分输入,该运算放大器的输出端电压必须等于。(注:上面的计算表明,共模输出电压并不需要“对应于0V差分输入”就是输出电压VCM)

    虽然运算放大器具有CMR,但是共模电压与信号电压一起被传送到输出端。实际上,信号通过运算放大器的闭环增益被放大而共模电压仅得到单位增益。这种在增益方面的差异确实能按照信号电压的百分比对共模电压提供一些衰减。然而,共模电压依然出现在输出端并且它的存在降低了放大器的有效输出范围。由于许多原因,出现在运算放大器的输出端的任何共模信号(DC或AC)都是非常讨厌的。

     

    还是回去看书吧``` 太肤浅了 哩 
    运放的差动输入是问题的根本啦~~ 共模共模其实质就是低频直流信号共同从两端进入了啦, 如果运放 是双端 输出 可以做得很理想的 , 只是由于 要单端输出 嘛 , 难免有点难调零,,
    所以喽共模抑制Auc1 = -β*Rc/(2*Rem) ,Auc2 = -β*Rc/(2*Rem)看到这个公式是不是感觉很熟, 不就是普通的 CE三极管放大电路里面 的 嘛,CE不就是抑制直流放大交流嘛 , 直流不就是低频嘛, 共模就是抑制低频,,,就是直流偏置拉 ``` 如果是双端输出 那么Auc = Auc1 - Auc2 = 0 , 芯片设计的很对称可以把Auc几乎完全等于0拉 ,,, 只是 谁叫我们喜欢用 单端输出的哦 , 所以嘛 , Auc = Auc1了 哦 ,或者是 Auc = Auc2 总是是其中一个,无所谓的啦, 这时嘛, Auc就不可能为0啦 , 芯片设计的再对称 也没有用的拉 ``` 这时候只有靠提高Rem了,Rem就是恒流源偏置的内阻噻 , ^^&^^ , 当然很大了, Auc 就远远小于1 了嘛 , 所以共模信号就是那个直流低频信号反而被大大减小了 voc=Auc*vic趋向于0了 。 如果哪天大家都用双端输出 , 这个Auc就真是非常理想拉,哈哈~~




    这个MM调皮,呵呵
    楼主的分析很好,我补充一下,在作为信号放大的时候,一般会在运放的输出后面串上一个电容,就是用来隔直,把这个共模产生的电压去掉。
    另外共模抑制是指开环,而不是闭环。原因楼上的婷婷美女已经讲了。 



    针对高mm的一句:“共模共模其实质就是低频直流信号共同从两端进入了啦”
    共模并非只有低频直流信号而已,高频共模信号才是真正令人郁闷的那,系统级的EMI问题往往由高频的共模电流产生而且很头疼。


    如果交流共模抑制CMR 不够大,通常会产生随频率增大而变大的时变误差,因此要在仪表放大器的输出端消除它是困难的。幸好大多数现代单片集成电路(IC)仪表放大器提供了优良的 AC CMR 和 DC CMR。 



    任何一种信号,都是共模与差模的复合
    但是是什么决定了哪些是共模哪些是差模,就是看参考的信号了
    单纯的讲一根线是没有意义的
    参考地位其实只不过是以地为0信号
    如果一端是VI,
    那么地端相当于共模信号为VI/2
    差模信号为-VI/2
    综合起来就为0了
    而任意参考位为V2的话
    VI里面的共模量应为(V1+V2)/2
    差模量为(V1-V2)/2
    另一端相当于共模量(V1+V2)/2
    差模量为-(V1-V2)/2
    差模与共模只有相比较才有意义吧
    个人理解的,不知道对不对

     

     

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  • 运算放大器的效能都已经逐渐接近理想运算放大器的要求。早期的运算放大器是使用真空管设计,现在则多半是集成电路式的元件。但是如果系统对于放大器的需求超出集成电路放大器的需求时,常常会利用分立式元件来实现...
  • 引言,介绍,同相放大器,反向放大器,运算放大器电路内部简图,运算放大器的参数。 运算放大器内部框图 实际运放不是理想的,收到许多限制,为了理解和讨论这些限制的源头,需要立即运放的内部电路,图6是内部的...

    白皮书:SLOAO11

    原文作者:Jim Karki

    本文由以下6部分来讲解。

    引言,介绍,同相放大器,反向放大器,运算放大器电路内部简图,运算放大器的参数。

    运算放大器内部框图

    实际运放不是理想的,受到许多限制,为了理解和讨论这些限制的源头,需要立即运放的内部电路,图6是内部的简化框图

     

    虽然简化了,这个电路包含三个级,输入级,中间级,输出级

    输入级的功能是放大输入差分Vp-Vn,并将其转换为单端信号。中间级进一步放大信号并提供频率补偿。输出级提供输出驱动能力。

    输入级

    输入级的对称性是其工作的关键。晶体管对 Q1-Q2和Q3-Q4尽可能地匹配。Q3是二极管连接的(将三极管连接成二极管,在电路中起温度补偿作用(温度升高,基极变低,从而稳定温度对Q4的影响),将发射级和基极连接)。这将迫使Q3中的集电极电流等于IC1。Q3和Q4的基发射极结是平行的,因此它们都看到相同的VBE。由于Q4与Q3匹配,其集电极电流也等于IC1。这个电路叫做电流镜。

    电流源2IE分为Q1和Q2。这个划分取决于输入电压Vp和Vn。当Vp大于Vn时,Q1的电流大于Q2,IC1大于IC2。

    Q3-Q4的电流镜作用导致IOUT1流入Q2-Q4的集电级。当Vn大于VP时,Q2的电流大于Q1,IC2大于IC1。Q3-Q4的电流镜动作导致IOUT1流出Q2-Q4的集电级。IOUT1是第一级输出的单端信号,与差分输入Vp-Vn成正比。IOUT1=gm1(Vp-Vn)。术语gm1被称为输入级的跨导。输入级是一个跨导放大器。

    中间级

    第二级将IOUT1转换为电压并提供频率补偿。如果IOUT1流入Q2-Q4的集电极-集电极结,则第二级输出电压被驱动为正。如果IOUT1从Q2-Q4的集电极-集电极结流出,则第二级输出电压被驱动为负。第二级是电阻放大器,第二级电容器CC提供内部频率补偿。它使增益随着频率的增加而降低。没有CC电容,在大多数应用中需要外部补偿,防止运算放大器振荡。

    输出级

    输出级是典型的AB类推挽放大器。Q6和Q7的发射极跟随器结构为输出负载提供电流驱动,具有单位电压增益。输出级是电流放大器。

     

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  • 运算放大器的 典型运用 可以了解运放基本的功能
  • 运算放大器的效能都已经逐渐接近理想运算放大器的要求。早期的运算放大器是使用真空管设计,现在则多半是集成电路式的元件。但是如果系统对于放大器的需求超出集成电路放大器的需求时,常常会利用分立式元件来实现...
  • 该Meter-Bus总线的主站接口电路主要基于德州仪器(TI)公司的OPA564AIDWPR运算放大器原理实现主站数据的发送功能,利用LM393比较器的特性实现了数据的接收及负载过载的报警功能,同时结合运算放大器TLE2021的功能及...

空空如也

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运算放大器的功能