《运算放大器基础》课件

运算放大器基础运算放大器是一种重要的电子元件，广泛应用于各种电路设计中。运算放大器简介高增益运算放大器通常具有非常高的开环增益，使其能够放大微弱的信号。广泛应用运算放大器广泛应用于各种电子电路，例如放大器、滤波器和比较器。集成电路现代运算放大器通常以集成电路的形式制造，提供小型化和低成本的优势。理想运算放大器模型理想运算放大器是理论上的模型，具有无限大的开环增益、无限大的输入阻抗、无限小的输出阻抗、零输入偏置电流、零输入电压失调以及无限宽的带宽。实际运算放大器只能近似地实现理想运算放大器模型，但其性能越来越接近理想模型。运算放大器的基本特性高增益运算放大器具有很高的开环增益，通常在10^5到10^8之间，这使得它可以放大微弱的信号。高输入阻抗运算放大器的输入阻抗很高，几乎可以忽略不计，这使得它可以从信号源中提取非常小的电流。低输出阻抗运算放大器的输出阻抗很低，可以驱动各种负载，而不会对信号造成明显的衰减。偏置电流和输入偏置电流偏置电流是指运放输入端电流。输入偏置电流是指两个输入端电流的平均值。输入偏置电流补偿输入偏置电流由于运放内部晶体管的不匹配，在输入端会有微小的电流流过。补偿方法通过在输入端并联电阻，使两路输入电流趋于一致，从而抵消偏置电流的影响。补偿电阻补偿电阻的阻值应远小于输入信号源的阻抗，以保证输入信号的完整性。输入电压失调和补偿1失调电压理想情况下，运算放大器在输入电压相等时，输出电压应该为零。然而，由于制造工艺的差异，两个输入端的特性不可能完全相同，导致在输入电压相等时，输出电压会存在一个微小的偏移值，即输入电压失调。2失调电压的影响输入电压失调会影响运算放大器的输出精度，对于高精度应用，需要进行补偿以消除或减小失调的影响。3补偿方法常用的补偿方法包括：使用零点调节电位器、使用可调节的补偿电压源、使用差分对输入放大器等。共模输入电压范围定义运算放大器能够正常工作时的输入信号的最大和最小电压范围，超出该范围，运算放大器可能无法正常工作。影响输入信号的幅度和类型，以及运算放大器本身的特性。应用在设计电路时，需要根据输入信号的幅度和类型来选择合适的运算放大器，并确保输入信号的电压范围在运算放大器的共模输入电压范围之内。共模抑制比定义共模抑制比(CMRR)是一个衡量运算放大器抑制共模信号能力的指标。公式CMRR=20log(Ad/Acm)，其中Ad为差模增益，Acm为共模增益。开环增益100k典型值运算放大器的开环增益通常非常高，典型值为100k或更高。1理想值理想情况下，运算放大器开环增益为无限大。0闭环增益通过反馈网络可以降低增益，从而获得所需的闭环增益。负载失调电压1定义当运算放大器输出端接负载时，输出电压与理想输出电压之间的偏差。2影响因素负载阻抗，输出电流能力，电源电压等。3降低失调选择合适的运算放大器，使用缓冲器，降低负载阻抗。频率响应特性1增益变化频率变化时，运算放大器的增益会发生变化。2相位延迟随着频率升高，输出信号相对于输入信号会产生延迟。3截止频率增益下降到开环增益一半时的频率。带宽100KHz典型值常见的运算放大器带宽在100KHz范围内。1MHz高性能一些高性能运算放大器带宽可以达到1MHz。10MHz高速高速运算放大器带宽可达10MHz甚至更高。小信号频带定义指运算放大器能够正常工作并保持其放大特性不受影响的频率范围。影响因素主要受内部寄生电容和电阻的影响，导致放大倍数随频率升高而下降。重要性决定了运算放大器在实际电路中能够处理的信号频率范围，选择合适的运算放大器至关重要。激励源特性影响输出阻抗激励源的输出阻抗会影响运放的输入信号。负载阻抗运放的负载阻抗会影响输出信号的质量。反相和非反相输入端反相输入端反相输入端是指当输入电压高于参考电压时，输出电压降低的输入端。非反相输入端非反相输入端是指当输入电压高于参考电压时，输出电压升高的输入端。虚拟短路特性运算放大器输入端之间的电位差非常小，几乎可以忽略不计，因此我们可以认为输入端之间形成一个虚拟短路。由于运算放大器具有极高的开环增益，即使输入端之间存在微小的电压差，输出端也会产生很大的电压变化，从而将输入端之间的电位差迅速拉回到零。差分运算放大器差分运算放大器是运放的一种特殊类型，它具有两个输入端，分别称为反相输入端和非反相输入端。差分运放的输出电压与两个输入端电压之差成正比。差分运放通常用于放大微弱信号，例如来自传感器或麦克风的信号。它们也用于构建精密测量电路、信号处理电路和高性能滤波器。差分放大器的应用高共模抑制比可以有效地抑制共模噪声，提高信号的信噪比。高输入阻抗可以减少对信号源的负载，保证信号的完整性。高增益可以放大微弱的差分信号，提高信号强度。差分运放的指标分析1共模抑制比差分放大器能够有效地抑制共模信号，提高信号的信噪比。2输入阻抗输入阻抗越高，对信号源的负荷越小，可以更好地保持信号源的输出。3输出阻抗输出阻抗越低，驱动负载的能力越强，可以将信号传输到更大的负载。电压跟随器1输出电压等于输入电压输出电压始终与输入电压相等2高输入阻抗输入端几乎不消耗电流3低输出阻抗可为低阻抗负载提供驱动能力反相运放电路1输入信号通过电阻R1输入2反相放大器产生放大且反相的输出3反馈回路通过电阻R2反馈非反相放大电路1基本结构输入信号连接到运算放大器的非反相输入端，输出信号从运算放大器的输出端获取。2反馈网络反馈网络通常由一个电阻组成，将输出信号反馈到非反相输入端。3增益非反相放大器的增益由反馈网络决定，通常大于1。加法运算电路1输出电压等于所有输入电压的加权和2电阻网络用于将输入电压按比例分配3运算放大器用于放大和求和输入信号减法运算电路电路原理减法运算电路利用两个输入信号的电压差来实现减法运算。应用场景常用于信号处理、测量、控制等领域。特点电路结构简单、易于实现。积分运算电路1输入信号输入信号经过电容积分，输出信号为输入信号的积分值。2电容积分电容充放电过程，实现信号积分。3输出信号输出信号为输入信号的积分，反映信号的变化趋势。微分运算电路1电路原理电容上的电流与电压变化率成正比2输出电压与输入电压变化率成正比3应用场景检测信号变化速率比较器电路1基本功能比较器将输入电压与参考电压进行比较，并输出相应的高或低电平。2应用广泛应用于过压保护、电压检测、信号转换等。3特性高增益、快速响应、滞后特性。定电压源电路原理运放具有高增益特性，输出电压可以被反馈到反相输入端，形成负反馈，使输出电压稳定在期望的电压值。应用广泛应用于各种电子系统中，例如电源供电、传感器信号调理、精密电压参考等。优点输出电压稳定，抗干扰能力强，