集成運放-同相、反相和差動放大電路

ID:105323 · 發表于 2016-2-12 19:20

很長時間沒有好好研究過運放，以前的一些概念也很模糊，于是找到一本好書《圖解運算放大電路》，一個日本人寫的，他用了杠桿和油壓裝置來形象地描繪集成運放。理想運放應具備以下特點：
(1)差模開環電壓增益Avd=∞；
(2)差模輸入電阻Rid=∞；
(3)輸出電阻Ro=0；
(4)共模抑制比KCMR=∞；(5)輸入偏置電流IIB=0；
(6)輸出失調電壓VIO、失調電流IIO及其溫漂αVIO、αIIO均為零；
(7)單位增益帶寬BWG=∞；
(8)轉換速率SR=∞，等。

一個運放的開環增益很大，那么在正反相輸入端只要有個微小的壓差，輸出就應當為無窮大，然而實際中運放最大的輸出約為電源電壓的70%左右。運放存在著失調電壓，因為其內部差動晶體管特性不可能完全一致。
下面以LM741為例來講述

左圖是它的管腳封裝，1和5管腳是補償失調電壓的兩管腳，接法見右圖；2和3分別為反相和正相輸入端，4和7接電源；6則為輸出。將正反相輸入端接地，調節如右圖的電阻，使輸出電壓為0，這是補償運放的失調電壓。
運放的基本運算方法是運用“虛短（V+=V-)”和“虛斷(流入集成運放的輸入電流為0）”。集成運放基本的兩種電路是同相和反相放大電路，見下圖：

拿同向放大電路來說，(0-V1)/R2=(V1-Vo)/R1Vo=V1(1+R1/R2)=0.03*(1+9.9/0.1)=3V
反相放大電路則是（V2-0）/R5=(0-Vo)/R4 得出Vo=-V2*R4/R5=-0.3*10/1=-3V

這兩個電路的輸入端位置不一樣，導致放大后的極性也不同，反相放大電路輸出與輸入極性相反，而同相放大電路則輸入輸出極性相同，還有就是反相放大電路的正相輸入端需要一個電阻來對付溫漂，其阻值可由公式R4*R5/(R4+R5)來確定。

差動放大電路就是在同相反相輸入端都輸入一個電壓，看下圖：

計算輸出電壓同樣需要運用上面“虛短”和“虛斷”的方法，當然采用正反相疊加的方法顯得更為方便：
對于同相來說 Vo1=V1*(R1+R2)/R2=3V；
對于反相來說 Vo2=-V2*R1/R2=-1.8V；
Vo=Vo1+Vo2=1.2V。

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