运算放大器经常出现在我们的电子电路中,她主要用于信号处理,比如缓冲器、过滤器、信号放大,也可以用做普通的比较器。
实际电路中有很多运算放大器的应用,我们就从她的几个常用案例入手,一点点了解她。
下面我们以一款常用运放举例,TI 的 适用于汽车的 LM2904-Q1 通用双路运算放大器芯片。
运放的每一路可以用下图表示:
理想运放特性
了解运算放大器,就要从她的特性入手,理想运放的特性如下:
- 极大的输入电阻
高输入阻抗,输入端流入电流近于 0,几乎不取用信号源电流,近于电压控制特性,得出“虚断”概念; - 极小的输出电阻
具有(在负载能力以内)不挑负载,适应任意负载的特性。后级负载电路的阻抗大小不会影响到输出电压。 - 很大的电压放大倍数(可达百万或千万倍)
实际使用中,放大倍数是有限的,在开环状态下,也就是没有负反馈的情况下,运放就相当于比较器,其输出是电源负极电压或者电源正极电压两种状态。闭环状态下,即带有负反馈的情况下,为运算放大状态,此时,正输入端和负输入端在负反馈的作用下,压差为0,导出 "虚短" 概念。
比较器
今天我们先从简单的说起,当运放在开环状态下,也就是没有负反馈的情况下,她相当于比较器。
如下图,我们一起分析一下:
负向输入端电压值 = VCC * (R10 / (R9 + R10))
- 当 Vin 输入端电压 大于 负向输入端电压值时,运放输出端 Vout 会被无限抬高,直到等于她的供电电压 VCC 值。
- 当 Vin 输入端电压 小于 负向输入端电压值时,运放输出端 Vout 会被无限拉低,直到等于供电电压负极电压值。
这样,就实现了两个输入端电压值大小比较的功能,通常会用在电压阈值监控的场合,比如,监控电路中某一电压值高于阈值,会执行报警等等。
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