運放-2. 基礎(chǔ)知識

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-----本文簡介-----

主要內(nèi)容包括：

①：共模信號與差模信號

②：理想運算放大器

③：負(fù)反饋

④：虛短與虛斷

⑤：輸入阻抗與輸出阻抗

-----正文-----

一、關(guān)于集成運放

1. 什么是集成運放

集成運放是由很多晶體管構(gòu)成的集成電路，與直接用分立晶體管搭建的放大電路相比，其一致性更好且體積更小，因此廣泛應(yīng)用于各種電路中。

2.集成運放的作用

集成運放能用來進(jìn)行信號的放大、縮小、濾波等更多種功能。

二、基本概念

1. 共模信號與差模信號

想要學(xué)習(xí)運算放大器，首先我們了解兩個概念叫共模信號與差模信號，其定義為：任何兩個信號都能拆分為共模信號與差模信號的代數(shù)和形式。

差模信號一般用Vid表示：

共模信號 一般用Vcm表示：

假設(shè)兩個信號:V1=9V、V2=11V，那么兩個信號的

差模信號為： V2-V1=2V

共模信號為：（11+9）/2=10V

V2可以表示為：Vcm+Vid/2 即：10+1

V1可以表示為：Vcm-Vid/2 即：10-1

那么信號V1和V2可以這樣粗略的理解，他們兩個是在10V的共模電壓下以±1V的峰峰值上下擺動而來，一個是共模電壓加上峰值，一個是共模電壓加下峰值。

如果要用運放對這兩個信號進(jìn)行調(diào)理，那就要考慮所用運放的差模、共模輸入電壓范圍是否允許2V和10V電壓，共模、差模輸入電壓范圍這兩個概念在此后的實際運放應(yīng)用電路中經(jīng)常出現(xiàn)，是非常重要的概念。

2.負(fù)反饋

負(fù)反饋是指，輸出結(jié)果對輸入有反向的影響，使系統(tǒng)輸出與系統(tǒng)目標(biāo)的誤差減小，系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。例如開車的時候油門是輸入，速度是輸出，當(dāng)我們踩下油門開始加速，加速到超過預(yù)期速度時，我們會自然的松油門，速度就會回落到預(yù)期速度，即輸出結(jié)果對輸入有反向的影響，輸入隨之變化后使輸出與目標(biāo)值誤差減小。

帶入到運算放大器電路中，例如圖1，一個電壓跟隨器，構(gòu)成負(fù)反饋后，正、負(fù)輸入端與輸出端電壓均相等（后面文章會介紹到 ），假設(shè)輸出端電壓因擾動升高，因為負(fù)反饋連接了負(fù)輸入端與輸出端，所以負(fù)輸入端電壓也隨之升高，此時正輸入端電壓小于負(fù)輸入端電壓，因此輸出電壓會隨之下降，這個過程中輸出結(jié)果對輸入有反向的影響 ，導(dǎo)致輸出電壓趨于穩(wěn)定。

圖1 電壓跟隨器

3.實際運放等效模型

圖2 實際運放等效模型

實際運放等效模型如上圖，其中：

①. A代表開環(huán)放大增益，即開環(huán)狀態(tài)下的放大倍數(shù)，一般為10000倍以上；

②. ri代表輸入阻抗，其意義是由于輸入阻抗是有限值，所以輸入端會吸收一定的輸入信號的電流，導(dǎo)致誤差；

③. ro代表輸出阻抗，其意義是，在運放輸出接負(fù)載后，由于輸出阻抗的存在，電流流過輸出電阻，會產(chǎn)生一定的壓降，造成輸出誤差。

4.理想運放

圖3理想運放等效模型

理想運放的輸入無窮大，開環(huán)增益無窮大，輸出阻抗為零，另外還有無限大共模抑制比、無限大帶寬、零失調(diào)和零漂移的特性，這些概念會在后續(xù)的文章介紹。

5.虛短與虛斷

當(dāng)理想運放工作在負(fù)反饋狀態(tài)下時，其工作在線性工作區(qū)，此時會有兩個概念：虛短與虛斷。

虛斷：由于是理想運放，其輸入電阻無窮大，意味著不會有電流流入運放輸入端，此時稱其為虛斷。

虛短：以圖1的電壓跟隨器為例，當(dāng)其穩(wěn)定工作時，輸出端電壓與正、負(fù)輸入端電壓均相等，由于其工作在負(fù)反饋狀態(tài)下，當(dāng)輸出端電壓因擾動增大時，負(fù)輸入端由于反饋線的存在也會增大，此時運放正輸入端電壓小于負(fù)輸入端電壓，運放輸出開始減小，直到重新達(dá)到正、負(fù)輸入端電壓與輸出端電壓相等時才會重新達(dá)到平衡狀態(tài)。也就是說，工作在負(fù)反饋狀態(tài)下的理想運放其正負(fù)輸入端電壓一定是相等的，稱之為虛短。

----總結(jié)----

本文簡單介紹了運放相關(guān)的基本概念，是學(xué)習(xí)運放的先導(dǎo)性文章，下一篇將會介紹常見的運放電路構(gòu)成、計算及其作用。

審核編輯 黃宇