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集成运放电路分析

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集成运算放大器的传输特性曲线中有一条窄窄的区域,称为线性区。因为VO=Av×(VP-VN),集成运放的电压放大倍数又特别大,所以只要VP与VN的差值稍微大一点儿,输出电压就会接近正的电源电压或者负的电源电压,运放就由线性区进入了非线性区。为了防止运放进入非线性区,常常引入深度负反馈。在线性区内,VP与VN近似相等(一般小于1毫伏),称为“虚短”。虚短”是线性区内独有的特性,而虚断无论在线性或非线性区都是成立的。这两个概念是分析运放线性应用的基础条件。

大家都知道的同相比例运放、反相比例运放、加法器、减法器也都省略了,直接开始。

1、差分放大电路:

A1、A2两个运放构成了电压跟随器,所以VA=V1;VB=V2;

因为运放具有“虚断”,的特点,所以A点、B点到运放本身可以认为无电流流过,因此电阻R1、R2、R3相当于串联关系,流过三个电阻的电流是相等的,I=(VA-VB)/R2=(V1-V2)/R2;三个电阻两端的电压是Vo1-Vo2;

因为VC=VD;

VC=(Vo-Vo1)/2; VD=Vo2/2

由上述式子得出Vo=Vo2-Vo1;再代入电流I的公式就得出来:

Vo=(V2-V1)×(R1+R2+R3)/R2

这就是典型的运算放大器差分应用电路,电压放大倍数与电阻的分压比相关。

2、交流耦合单电源单入单出同相线性变换电路。

如果输入信号是基于0V为参考的单向摆动,我们称之为静默电位为0;该电路中vi是上下摆幅的交流信号,而该运放是单电源供电,这就需要把静默电位提升到一定高度,图中R9、R10从VCC分压得到一个固定的电压,1:1地加载到输出端,在这里,R12下面的电容起到了关键作用。如果 该电容短接,放大器会对 V IN+ 端直流电压也进行放大,会引起一系列联动,它的存在,阻断了直流电压放大,使直流电压作为跟随器,而交流信号则实现了移位放大的作用。

3、交流耦合单电源单入单出同相线性变换电路二。

电阻R2、R4分压后,包含电源内的噪声(其幅度大约为电源噪声的1/2 ),如果在分压点处并联滤波电容,在滤除电源噪声的同时,也会把有用信号滤除。而这个电路不同,它首先通过 C2 滤波,削弱了 A 点的噪声,且保证 A 点为 2.5V 。然后通过R 3 和 C 1 ,实现了信号的耦合,进入 B 点。如果 C2 滤波有效,那么 B 点只包含电源噪声的很小一部分,且信号几乎没有受到伤害。

4、Howland电流源

这是什么?怎么既有正反馈又有负反馈?这样的电路怎么还能工作于线性状态?我们这么看会更容易理解:输出信号通过R2 、R1 实现了回送到入端的目的,这是负反馈,其反馈系数为 FN= R1 /( R1+ R2) 。输出通过R4 、R3还有 RL 实现了回送到入端的目的,这是正反馈,其反馈系数为:

Howland 电流源中,除负载电阻之外的那4个电阻是相等的。因此,只要 RL 接入电路,正反馈系数就一定小于负反馈系数最终,电路呈现出负反馈效果。因此,对这个电路分析时,只要满足上述条件,就大胆使用负反馈的结论吧。

5、输入电压转输换为负载电流

(vi-v1)/R2=(v1-v4)/R6;

(V3-V2)/R5=V2/R4;

因为V1=V2;若R2=R6,R4=R5,则由以上三式得出V3-V4=Vi;

上式说明流过RL的电流与输入电压Vi成正比。

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