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什么是運(yùn)算放大器、比較器?

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什么是運(yùn)算放大器、比較器?
時間:2023-06-12 14:25 點擊次數(shù):

什么是運(yùn)算放大器?

運(yùn)算放大器(Operational Amplifier)是一種差分放大器,具有高輸入電阻、低輸出電阻、高開放增益(開環(huán)增益),并具有可放大+輸入引腳與-輸入引腳間的電壓差的功能。

每個電路由正側(cè)電源引腳、負(fù)側(cè)電源引腳、+輸入引腳、-輸入引腳、輸出引腳等5個引腳構(gòu)成。

*通常電源、輸入、輸出分類以外的引腳名稱未進(jìn)行統(tǒng)一。

                                 

運(yùn)算放大器、比較器的圖解符號

運(yùn)算放大器的電源引腳名稱示例

運(yùn)算放大器要求的功能有高輸入電阻(阻抗)和低輸出電阻。在下圖【電壓控制電壓源放大器模型】中,輸入電壓和輸出電壓的關(guān)系如以下公式所示。 

電壓控制電壓源放大器模型

信號電壓Vs是通過電阻分壓由信號源電阻Rs和運(yùn)算放大器的輸入電阻Ri分壓而得,因此衰減的信號被輸入運(yùn)算放大器。
但是,當(dāng)Ri遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Rs(Ri=∞)時,公式的第1項可視作近似于1、Vs=Vi
關(guān)于以下第2項,放大了的輸入電壓AvVi被運(yùn)算放大器的輸出電阻Ro和負(fù)載電阻RL分壓輸出。
此時,當(dāng)Ro遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于RL(Ro=0)時,第2項可近似于1,信號可在不衰減的狀態(tài)下輸出。
這樣的運(yùn)算放大器被稱為理想運(yùn)算放大器。
一般希望運(yùn)算放大器具有高輸入電阻、低輸出電阻,盡量設(shè)計為接近理想運(yùn)算放大器的電路結(jié)構(gòu)。

信號電壓Vs是通過電阻分壓由信號源電阻Rs和運(yùn)算放大器的輸入電阻Ri分壓而得,因此衰減的信號被輸入運(yùn)算放大器。

但是,當(dāng)Ri遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Rs(Ri=∞)時,公式的第1項可視作近似于1、Vs=Vi。

關(guān)于以下第2項,放大了的輸入電壓AvVi被運(yùn)算放大器的輸出電阻Ro和負(fù)載電阻RL分壓輸出。

此時,當(dāng)Ro遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于RL(Ro=0)時,第2項可近似于1,信號可在不衰減的狀態(tài)下輸出。

這樣的運(yùn)算放大器被稱為理想運(yùn)算放大器。

一般希望運(yùn)算放大器具有高輸入電阻、低輸出電阻,盡量設(shè)計為接近理想運(yùn)算放大器的電路結(jié)構(gòu)。 

運(yùn)算放大器按其放大率放大引腳間的電壓差,因此輸出電壓表示如下。

當(dāng)運(yùn)算放大器的開放增益Av足夠大時,可視為左邊近似于0、Vs=VOUT
增益較低時,公式左邊不可近似于0,這樣,輸出電壓會發(fā)生誤差。
之所以希望運(yùn)算放大器有高開放增益,是因為通過該增益可盡量縮小輸出電壓誤差。
高開放增益從其他角度來看,意味著應(yīng)盡量減小+輸入引腳和-輸入引腳間的電位差。即,開放增益越大,VIN+=VIN-的關(guān)系成立的可能性就越大。該+輸入引腳和-輸入引腳的電位基本相等的關(guān)系被稱為虛短、虛斷或虛擬接地。
構(gòu)成負(fù)反饋電路使用時,該關(guān)系成立,可利用虛擬接地的特性設(shè)計應(yīng)用電路。

什么是比較器

比較器(Voltage Comparator)的引腳結(jié)構(gòu)與運(yùn)算放大器相同,即由+輸入引腳、-輸入引腳、正側(cè)電源引腳、負(fù)側(cè)電源引腳、輸出引腳等5個引腳構(gòu)成。該電路使用任一輸入引腳為基準(zhǔn)引腳來固定電壓,放大該基準(zhǔn)電壓與輸入另一個引腳的電壓間的差,輸出High或Low。

+輸入引腳的電位 > -輸入引腳的電位成立時,輸出High級

-輸入引腳的電位 > +輸入引腳的電位成立時,輸出Low級

運(yùn)算放大器與比較器的很大差異是有無相位補(bǔ)償電容。

由于運(yùn)算放大器構(gòu)成負(fù)反饋電路使用,因此需要在IC內(nèi)部設(shè)置防振相位補(bǔ)償電容。

而比較器未構(gòu)成負(fù)反饋電路,因此未內(nèi)置相位補(bǔ)償電容。

由于相位補(bǔ)償電容限制了輸入-輸出間的響應(yīng)時間,因此無相位補(bǔ)償電容的比較器具有比運(yùn)算放大器更好的響應(yīng)性。

另一方面,根據(jù)該相位補(bǔ)償電容的有無,將運(yùn)算放大器作為比較器使用時,因受相位補(bǔ)償電容限制,其響應(yīng)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于比較器。

運(yùn)算放大器作為比較器使用時需要注意


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