运算放大器 电路的输出电阻
含电容的运算放大器电路的计算
电容的运算放大器电路是一种常见的电子电路，它可以实现电压放大和滤波功能，广泛应用于许多电子系统中。
本文将从基本概念、电路结构、工作原理和计算方法等方面对含电容的运算放大器电路进行详细介绍，帮助读者更好地理解和应用这一电路。
一、基本概念1. 运算放大器（Operational Amplifier，简称Op-Amp）是一种集成电路，具有高增益、高输入阻抗、低输出阻抗等特点，广泛应用于电子电路中。
2. 电容是一种存储电荷的元件，具有阻抗与频率成反比的特性，可以用于滤波和信号处理。
二、电路结构含电容的运算放大器电路通常由运算放大器、电容和其它元件组成，其中电容可以用来实现滤波、积分、微分等功能。
三、工作原理1. 电容的作用：电容在运算放大器电路中可以用来滤波、积分、微分等。
在滤波电路中，电容可以与电阻配合，实现低通滤波、高通滤波、带通滤波等功能。
2. 电容的阻抗特性：电容的阻抗与频率成反比，即Zc=1/(jωC)，其中Zc为电容的阻抗，ω为角频率，C为电容的电容值。
3. 运算放大器的特性：运算放大器具有高输入阻抗、低输出阻抗、无限大的开环增益等特点，在实际应用中可以近似认为是理想运算放大器。
四、计算方法1. 低通滤波电路的计算：对于低通滤波电路，可以通过电容和电阻的组合来实现。
其传递函数为H(jω)=1/(1+jωR1C1)，其中R1和C1分别为电阻和电容的取值。
通过调整R1和C1的取值，可以实现不同的频率特性。
2. 高通滤波电路的计算：高通滤波电路同样可以通过电容和电阻的组合来实现。
其传递函数为H(jω)=jωR2C2/(1+jωR2C2)，其中R2和C2分别为电阻和电容的取值。
通过调整R2和C2的取值，可以实现不同的频率特性。
3. 带通滤波电路的计算：带通滤波电路通常采用多级滤波电路进行实现，可以组合低通滤波和高通滤波电路来实现。
可以通过串联或并联的方式组合低通和高通滤波电路，来实现不同的频率特性。
集成运算放大电路
iL
uI R1
(2) 悬浮负载电压—电流变换器 悬浮负载电压—电流变换器电路如图27所示。
（a）反相电压—电流变换器
（b）同相电压—电流变换器
图27 悬浮负载的电压—电流变换器
图27（a）是一个反相电压—电流变换器，它是一个电流并联负反馈电 路，它的组成与反相放大器很相似，所不同的是现在的反馈元件（负载） 可能是一个继电器线圈或内阻为RL的电流计。流过悬浮负载的电流为
（a）基本电路
图28 电流—电压变换器
（b）典型电路
图28(a)是一个基本的电流—电压变换器，根据集成运放的“虚断”和 “虚地”概念，有 和 ，故
u 0
，从而有
i 0
i F 是一个经常用在光电转换电路中的典型电路。图中 iI 图28(b) V是光电二 极管，工作于反向偏置状态。
O F F I F 根据集成运放的“虚断”和“虚地”概念可得
u u 0 i i 0 iI iF
uO uI R1 RF RF uO uI R1
2. 同相比例运算电路 同相比例运算电路如图21所示。
图21同相运算电路 由虚短、虚断可得：
u u uI i i 0 i1 i F
RF u O (1 )u I R1
RF RX
4. 测量放大器 测量放大器电路如图33所示
图33 测量放大电路
由图33可知： (1) 热敏电阻 和R组成测量电桥。当电桥平衡时 信号，故输出 ，相当于共模
Rt ，若测量桥臂感受温度变化后，产生与 相应的微小
u S1 u S，这相当于差模信号，能进行有效地放大。 信号变化 uO 0 2
③ 不接基准电压，即 称为过零比较器。
理想运算放大器
2.理想运放的输入电流等于0──“虚断” • 由于理想运放r id = ∞ ，因此两输入端均没有电流。
i＋ =i－ =0
→ →
i－
i＋
• 运放的输入电流等于0，如何将两点断开，但实际上并未真正被断开，将这 种现象称为“虚断”。
• 实际运放rid越大，将输入端视为“虚断”带来的误差越小。
理想运算放大器工作在非线性区的特点
理想运算放大器工作在线性区的特点
1.理想运放的差模输入电压等于0──“虚短”
运放工作在线性区时:uo=Αod(u＋─ 因理想运放 Αod=∞
u-) u+ = u-
u＋─ u-=uo／Αod =0
ᵘ ᵘ
+ -
ο─── + ───ο ο───
-
ᵘ
o
运放的两输入端电位相等，如同将两点短路一样，但实际上并未真正被短路，将这种现象称 为“虚短”。 实际运放Αod越大，将输入端视为''虚短Ƈ.输出电压的值只有两种可能：或等于正向饱和值；或等于负向饱和值。
u＋> u- ;→uo= UOH
u +< u -
;→uo= UOL
u+= u- 时 ，发生状态的转换。
※注意：运放工作在非线性区时，差模输入电压可以较大，所以“虚短”现象不复存在。
2.理想运放的输入电流等于0 ── “虚断”
理想运放rid=∞, 实际运放Αod≠∞,当up与uN差值比较小时，仍有Αod﹙u+ －u-﹚,运放工作在线性区。 但线性区范围很小。
注意问题
理想运放工作在线性区和非线性区时，各有不同的特点。
线性区：虚短，虚断 u+=u- ; i+=i-=0 非线性区：有虚断无虚短；输出为正向（负向）饱和值。
多级放大电路和集成运算放大器-2
+24V
+
Ui
–
RB1 1M
C1
+
T1
RE1 27k
RB 1 82k
RC2 10k
+C3
+C2
RE1
RB 2 43k
RE2 7.5k
T2
510 +CE
+
.
Uo
–
VB 2
UCC RB 1 RB 2
RB2
24 43V 82 43
8.26V
IC2
UB 2－UB E2 RE2 RE 2
8 .26 0 .6 mA
模 拟电子技术
例2 下图是一个输入短路的两级直接耦合放大电路，计算
IBQ1、ICQ1、UCEQ1和IBQ2、ICQ2、UCEQ2的值。设VT1、VT2的β
值分别是β1=50， β2=35，稳压管的稳定电压UZ=4V，
UBEQ1=UBEQ2=0.7V。
+VCC
ICQ2
(+12V)
I1
I3
RC2
RB 95kΩ
模 拟电子技术
Ib1
Ic1
Ib2
Ic2
+
rbe1
Ui
RB1
+
.
_
RE1 U_o1
+ rbe2
RB 1 RB 2
RC2
RE 2
.
Uo
_
r rbe2
200
(1
)
26 IE
200
i2
51
26
0 .96
Ω
1 .58kΩ
ri2 RB 1 // RB 2 // rbe2 (1 )RE 2 14 kΩ
运放性能参数详解大全
运放参数解析定义全一、单位增益带宽GB单位增益带宽定义为：运放的闭环增益为1倍条件下，将一个恒幅正弦小信号输入到运放的输入端，从运放的输出端测得闭环电压增益下降3db（或是相当于运放输入信号的0.707）所对应的信号频率。
单位增益带宽是一个很重要的指标，对于正弦小信号放大时，单位增益带宽等于输入信号频率与该频率下的最大增益的乘积，换句话说，就是当知道要处理的信号频率和信号需要的增益后，可以计算出单位增益带宽，用以选择合适的运放。
这用于小信号处理中运放选型。
二、运放的带宽是表示运放能够处理交流信号的能力对于小信号，一般用单位增益带宽表示。
单位增益带宽，也叫做增益带宽积，能够大致表示运放的处理信号频率的能力。
例如某个运放的增益带宽=1MHz，若实际闭环增益=100，则理论处理小信号的最大频率1MHz/100=10KHz。
对于大信号的带宽，即功率带宽，需要根据转换速度来计算。
对于直流信号，一般不需要考虑带宽问题，主要考虑精度问题和干扰问题。
1、运放的带宽简单来说就是用来衡量一个放大器能处理的信号的频率范围，带宽越高，能处理的信号频率越高，高频特性就越好，否则信号就容易失真，不过这是针对小信号来说的，在大信号时一般用压摆率（或者叫转换速率）来衡量。
2、比如说一个放大器的放大倍数为n倍，但并不是说对所有输入信号的放大能力都是n倍，当信号频率增大时，放大能力就会下降，当输出信号下降到原来输出的0.707倍时，也就是根号2分之一，或者叫减小了3dB，这时候信号的频率就叫做运放的带宽。
3、当输出信号幅度很小在0.1Vp-p以下时，主要考虑增益带宽积的影响。
就是Gain Bandwidth=放大倍数*信号频率。
当输出信号幅度很大时，主要考虑转换速率Sr的影响，单位是V/uS。
在这种情况下要算功率带宽，FPBW=Sr/2πVp-p。
也就是在设计电路时要同时满足增益带宽和功率带宽。
三、运放关于带宽和增益的主要指标以及定义1、开环带宽：开环带宽定义为，将一个恒幅正弦小信号输入到运放的输入端，从运放的输出端测得开环电压增益从运放的直流增益下降3db（或是相当于运放的直流增益的0.707）所对应的信号频率。
运算放大器详细的应用电路(很详细)
积分电路的其它用途：
去除高频干扰
将方波变为三角波
移相
在模数转换中将电压量变为时间量
§8.3?积分电路和微分电路
8.3.2?微分电路
微分实验电路
把三角波变为方波
（Vi：三角波，频率 1KHz，幅度 0.2V）
输入正弦波
（Vi：正弦波，频率 1KHz，幅度 0.2V）
思考：输入信号与输出信号间的相位关系？
根据与 R1?、Rf?的关系，集成运放两输入端外接电阻的对称条件。
计算出：R=3979Ω?取 R=3.9KΩ 2．根据Ｑ值求和，因为时，根据与、的关系，集成运放两输入端外接电阻的对称条件
例题 1 仿真结果 例题与习题 2 LPF 例题与习题 2 仿真结果 例题与习题 3 HPF 例题与习题 3 仿真结果 例题与习题 4 例题与习题 4 仿真结果 vo1:红色 vo?:蓝色
、
e.?全通滤波器(APF)?
4.?按频率特性在截止频率 fp 附近形状的不同可分为 Butterworth,?Chebyshev?和?Bessel 等。 理想有源滤波器的频响： 滤波器的用途 滤波器主要用来滤除信号中无用的频率成分，例如，有一个较低频率的信号，其中包含一些较高频率成分的
干扰。滤波过程如图所示。 §8.6?有源滤波电路 8.6.2?低通滤波电路?(LPF) 低通滤波器的主要技术指标
组成：简单 RC 滤波器同相放大器特点：│Avp?│>0，带负载能力强缺点：阻带衰减太慢，选择性较差。 二.?性能分析
有源滤波电路的分析方法: 1.电路图→电路的传递函数 Av(s)→频率特性 Av(jω) 2.?根据定义求出主要参数 3.?画出电路的幅频特性 一阶 LPF 的幅频特性: 8.6.2.2?简单二阶?LPF
电子技术学习指导与习题解答：第3章 多级放大电路
第3章 多级放大电路3.1 如图 3.7所示为两级阻容耦合放大电路，已知12CC =U V ，20B1B1='=R R k Ω，10B2B2='=R R k Ω，2C2C1==R R k Ω，2E2E1==R R k Ω，2L =R k Ω，5021==ββ，6.0BE2BE1==U U V 。
（1）求前、后级放大电路的静态值。
（2）画出微变等效电路。
（3）求各级电压放大倍数u1A 、u2A 和总电压放大倍数u A 。
u s+u o -CC图3.7 习题3.1的图分析 两级放大电路都是共发射极的分压式偏置放大电路，各级电路的静态值可分别计算，动态分析时需注意第一级的负载电阻就是第二级的输入电阻，即i2L1r R =。
解 （1）各级电路静态值的计算采用估算法。
第一级：412102010CC B2B1B2B1=⨯+=+=U R R R U （V ）7.126.04E1BE1B1E1C1=-=-=≈R U U I I （mA ）0.034507.11C1B1===βI I （mA ）2.5)22(7.112)(E1C1C1CC CE1=+⨯-=+-=R R I U U （V ） 第二级：412102010CC B2B1B2B2=⨯+='+''=U R R R U （V ）7.126.04E2BE2B2E2C2=-=-=≈R U U I I （mA ）电子技术学习指导与习题解答46 0.034507.12C2B2===βI I （mA ） 2.5)22(7.112)(E2C2C2CC CE2=+⨯-=+-=R R I U U （V ）（2）微变等效电路如图3.8所示。
R U +-图3.8 习题3.1解答用图（3）求各级电路的电压放大倍数u1A 、u2A 和总电压放大倍数u A 。
三极管V 1的动态输入电阻为：10807.126)501(30026)1(300E11be1=⨯++=++=I r β(Ω) 三极管V 2的动态输入电阻为：10807.126)501(30026)1(300E22be2=⨯++=++=I r β(Ω) 第二级输入电阻为：93.008.1//10//20////be2B2B1i2==''=r R R r （k Ω） 第一级等效负载电阻为：63.093.0//2//i2C1L1==='r R R （k Ω） 第二级等效负载电阻为：12//2//L C2L2==='R R R （k Ω） 第一级电压放大倍数为：3008.163.050be1L11u1-=⨯-='-=r R A β 第二级电压放大倍数为：5008.1150be2L22u2-=⨯-='-=r R A β 两级总电压放大倍数为：1500)50()30(u2u1u =-⨯-==A A A3.2 在 如图 3.9所示的两级阻容耦合放大电路中，已知12CC =U V ，30B1=R k Ω，20B2=R k Ω，4E1C1==R R k Ω，130B3=R k Ω，3E2=R k Ω，5.1L =R k Ω，5021==ββ，8.0BE2BE1==U U V 。
运算放大器常用术语
运算放大器常用术语和规格参数1)输入失调电压（V OS）：即输入Offset V oltage，该参数表示使输出电压为零时需要在输入端作用的电压差。
即定义为集成运放输出端电压为零时，两个输入端之间所加的补偿电压。
输入失调电压实际上反映了运放内部的电路对称性，对称性越好，输入失调电压越小。
输入失调电压是运放的一个十分重要的指标，特别是精密运放或是用于直流放大时。
输入失调电压与制造工艺有一定关系，其中双极型工艺的输入失调电压在±1~10mV之间；采用场效应管做输入级的，输入失调电压会更大一些；对于精密运放，输入失调电压一般在1mV以下。
输入失调电压越小，直流放大时中间零点偏移越小，越容易处理。
所以对于精密运放是一个极为重要的指标。
2)输入失调电压温漂（TC VOS）：该参数指温度变化引起的输入失调电压的变化，通常以µV/℃为单位表示。
3)输入失调电流（I OS）：即Input Offset Current，输入失调电流定义为当运放的输出直流电压为零时，其两输入端偏置电流的差值。
输入失调电流同样反映了运放内部的电路对称性，对称性越好，输入失调电流越小。
输入失调电流是运放的一个十分重要的指标，特别是精密运放或是用于直流放大时。
输入失调电流大约是输入偏置电流的百分之一到十分之一。
输入失调电流对于小信号精密放大或是直流放大有重要影响，特别是运放外部采用较大的电阻（例如10k或更大时），输入失调电流对精度的影响可能超过输入失调电压对精度的影响。
输入失调电流越小，直流放大时中间零点偏移越小，越容易处理。
所以对于精密运放是一个极为重要的指标。
4)输入失调电流温漂（TC IOS）：该参数代表输入失调电流在温度变化时产生的变化量。
TC IOS通常以pA/℃为单位表示。
5)输入偏置电流（I B）：即Input bias current，该参数指运算放大器工作在线性区时流入输入端的平均电流，也定义为当运放的输出直流电压为零时，其两输入端的偏置电流平均值。
阻抗变换器工作原理
阻抗变换器工作原理
阻抗变换器是一种电路，用于将输入的电阻性负载转换为适合于驱动负载的输出电阻。
其工作原理基于电路中的电流分布和欧姆定律。
阻抗变换器一般由电阻和运算放大器构成。
其中，输入电阻通过运算放大器的输入端接收电流信号，然后经过电阻网络转换成适合于输出负载的电流。
输出电阻通过运算放大器的输出端驱动负载。
在阻抗变换器中，当输入电阻较大的时候，根据欧姆定律，输入电流比较小。
而输出电阻较小，可以输出较大的电流。
通过合理选择电阻值和运算放大器的参数，可以实现输入和输出电阻的阻抗匹配。
具体来说，通过运算放大器的输入端节点处的电流分配，可以使得输入电流与输出电流之比等于输入电阻与输出电阻之比。
这样一来，就实现了阻抗的变换。
阻抗变换器在电路设计中起到了重要的作用。
它可以将不同阻抗的电路连接在一起，实现信号的适配和匹配。
例如，在音频放大器中，阻抗变换器将高阻抗的音频信号源转换为低阻抗信号，以便驱动扬声器。
总之，阻抗变换器利用电流分布和欧姆定律，通过合理选择电阻和运算放大器的参数，将输入电阻性负载转换为适合于驱动
负载的输出电阻。
这样可以实现电路间的阻抗匹配，提高系统的性能和稳定性。
通用运放、差动运放、简单运放
通用型集成运算放大器通用型集成运算放大器有F001(BG301，5G922，μA702)、FC3(μA709)、F007(5G24，μA741，BG308)、4E325(AD508)……多种类型，作为例子，下面介绍F007电路的组成和工作原理。
图5.3.1为F007的内部电路图，由偏置电路、输入级、中间级和输出级组成，是一个中等增益的通用型集成运算放大器。
它的主要指标为：开环差模电压放大倍数106dB(2′106)，差模输入电阻2MΩ，输出电阻75Ω，最大输出电压±13V，最大共模输入电压±13V，共模拟制比90dB(3′105)，静态电流1.7mA，静态功耗50mΩ。
图中序号为管脚号，下面分析其工作原理。
1. 偏置电路由T10、T11和R4、R5购成的微电流源作主偏置电路，流过R5的电流为参考电流运用式(2.6.10)试探求得图5.3.1 F007型集成运放的原理电路T 8、和T9为横向PNP型管，组成镜象电流源。
由IC9→2IC1→2IB3→IC9的反馈回路，可列方程组式中b P为横向PNP型管的电流放大系数，取b P=4，列方程组时参考了式(2.6.4)。
又因T1和T2为NPN型管，其b很大，可认为I c1≈I E1，联立求解方程组，可得电流必须指出，输入级的偏置电路本身构成反馈环，可减小零点漂移。
例如，当温度长升高时，引起I c3、I c4的增加，则产生如下的自动调整过程：由此可见，由于I c10的恒定，上述反馈作用保证了I c3和I c4十分恒定，从而起到了稳定工作点的作用，提高了整个电路的共模拟制比。
T12和T13构成双端输出的镜象电流源，T13是一个双集电极的横向PNP型三极管，可视为两个发射结并联的三极管，集电极T13B供给T17的偏置电流，同时又作为复合管T16和T17中间放大级的有源负载；集电极T13A供给输出级的偏置电流。
T13A集电结面积小于T13B集电结面积，T13的两集电极电流分别为IC13A≈0.18mA，IC13B≈0.5mA2.输入级输入级由T1~T8组成，其中T1~T4构成共集—共基单端输出差动电路，输入电阻很大，约2MW。
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运算放大器电路的输出电阻运算放大器是一个放大直流微弱电压的电子线路而且是唯一能稳定地进行直流放大的电路。
本章为了能让读者具体地领会运算放大器的基本用法用一些与传感器相结合并具有代表性的电路进行说明。
另外还从如何利用运算放大器输出的角度举例说明了继电器驱动方法。
对于交流放大通过一个电路例子对频率特性的影响因子SR进行了说明。
3.1反相放大电路高温测量 3.1.1将温度变化转换成电信号如图3.1所示将异种金属线相接让连接产生温度差就会有电压产生。
这种现象叫塞贝克效应。
例如使用铜线和铁线就可以产生电压。
使用塞贝克效应的温度传感器称为热电偶。
热电偶由于能测量高达1500○C的高温被广泛地用于工业传感器。
铜和康铜镍铜合金热电偶的特性如图3.1所示100○C的温度差可产生4mV左右的电压。
所以这种微小电压如果通过运算放大器放大后所得到的信号就可以更方便地使用。
3.1.2放大倍数为100倍的反相放大器图3.2是在第1章1.61.8节说明过的反相放大器。
将负反馈电阻的值代入下式可求得放大倍数。
放大倍数ARf/Ra100/1100倍如图3.2所示的热电偶温度传感器每1○C 的温度差产生0.04mV左右的电压。
所以由温度变化带来的这样微小的电压变化用一般的电压表是测量不出来的。
现在市场上销售的测试器中电压标度为50mV 的很多。
如果放大倍数为100200倍的话用这样的测试器测量就足够了。
运算放大器的放大倍数由负反馈电阻之间的比值关系决定。
假设Ra1kΩRf1000kΩ则放大倍数为1000倍。
但是放大倍数设得过高会使电路工作不稳定所以为了安全起见初学者最好将它设在200倍左右。
另外要想得到准确的放大倍数Ra和Rf必须使用精度高的电阻。
3.1.3反相放大器的输入电阻反相放大器的放大倍数由负反馈电阻的Ra和Rf的比值决定。
如果电阻Ra的值取得很小Rf的值取得很大则放大倍数当然就会很大。
但是如果Rf太大电路会工作得很不稳定最好取1000kΩ以内。
对于Ra也有下面所说的限制。
反相放大器的输入电阻也叫阻抗就是如图3.3a所示的负反馈电阻Ra的值。
传感器一定含有内部电阻Rs。
传感器的电压Vs经过电阻Rs和Ra分压后形成反相放大器输入电压Vin。
图3.3b中的曲线描绘了输入电压Vin是怎样随着电阻Rs和Ra的比值的增大而变小的。
由此可知当RsRa时传感器部分的无用分压变大所以要求电阻Ra要比传感器的内部电阻Rs大。
由于热电偶的内部电阻Rs非常小反相放大器一般使用110kΩ的输入电阻即可。
3.1.4 温漂怕热运算放大器可以事先通过失调调整使得当输入电压Vin为零时输出电压也为零。
但是如果工作时环境温度的变化很大Vin即使为零也会有输出电压。
这种现象叫温度漂移简称温漂。
引起温漂的原因是运算放大器的内部平衡因温度变化而被破坏和外接的电阻值随温度变化而变化。
即使一点点不平衡由于运算放大器自身的放大作用会使它放大进而影响输出电压信号。
放大倍数越高这个影响就越大。
所以为了使外部漂移被控制在很小的范围内接在运算放大器周围的电阻即运放的反相输入端和同相输入端对地直流电阻需要获得平衡。
为此图3.2中加接了对付漂移的电阻Rd。
电阻Rd的值按如下公式进行计算: RdRa×Rf/RaRfkΩ放大倍数很小时Rd可以省略。
对于运算放大器的内部漂移提出好的对策很困难。
所以在需要做精密放大器时应该采用低漂移型的集成运算放大器。
3.2同相放大电路光度测量 3.2.1将亮度变化转换成电信号图3.5是用硅电池光电池作光传感器进行光度测量的运算放大器电路。
与上一节的反相放大器的区别是运算放大器信号的输入由端子2改成端子3。
它的工作原理就是在第1章第1.5节里已说明的同向工作原理。
3.2.2放大倍数为10倍的同相放大器图3.6表示了一个装有杠杆的油压装置的同向工作原理。
如果让阀门的油缸移动χ5cm则高压油会源源不断地流入操纵油缸输出活塞开始朝着跟把柄A相同的方向移动。
这一移动会连动杠杆使阀门的活塞同样移动zχ5cm当油的流动停止时输出活塞也会停止。
由于各活塞的移动分别与杠杆的长度成正比由图不难得知z:y5:25求解此式得y25cm。
同相放大器的工作原理与油压装置的工作原理相同。
例如在图3.7中如果在端子3加0.6V则输出电压会不断增加直到端子2达到0.6V为止。
端子2的VB是输出电压VC经过负反馈电阻Ra和Rf分压后得到的电压。
由分压电阻的比例关系可得VC6V。
所以将负反馈电阻的值代入下式可求得同相放大器的放大倍数。
放大倍数ARaRf/Ra19/110倍 3.2.3同相放大器的输入电阻和特征与反相放大器不同同相放大器的输入电阻与负反馈电阻Ra的值无关其值非常大可以大到100MΩ。
所以即使传感器的内部电阻Rs 非常大也不会出现像图3.3b所示的那种影响。
输入电阻非常大这也是同相放大器的一个特征。
为此像硅电池那样使用内部电阻Rs很大的传感器最好采用同相放大器。
下面给出了同相放大器几个不同放大倍数的负反馈电阻Ra和Rf可取的值。
3.2.4运算放大器的最大输出电压在放大倍数A200倍的同相放大器中加入VA0.2V的输入电压时输出电压VC会达到40V吗回答是绝对不会。
运算放大器的输出电压最大可达到电源电压的70左右。
所以如图3.8所示的电源电压为15V时输出电压最大可达大约11V。
反过来可算出A200倍时输入电压VA必须在0.055V以内。
3.2.5运算放大器的负载电阻摩托车和汽车在爬陡坡时会给引擎增加很大的负担。
这叫超负载状态对引擎会产生很不利的影响但长时间空转也不好。
引擎应该设计成承担适度负载。
同样运算放大器也规定了适度负载。
使用运算放大器时一般将晶体管、集成电路、电阻等作为负载接入输出侧。
在测试电路中常用电阻来代替晶体管和集成电路等负载元件。
适度的负载电阻值为210kΩ。
这里应注意的是电阻值太小会使输出电流增大从而形成超负载状态但电阻值太大又会形成轻负载状态。
3 .3差动放大就是夫唱妇随 3.3.1 妻子跟随丈夫到前一节为止所描述的运算放大器的用法都是单独使用端子2反相:妻和端子3同相:夫当中的一个。
图3.10描绘了一个在两个端子同时输入信号的差动放大电路。
差动工作原理如图3.11所示。
B点妻:端子2的电压VB在不断地朝D点夫:端子3的电压VD靠近过程中输出电压一直在变化。
当VB和VD达到一致即VBVD时输出电压VO的变化停止。
VBVD意味着在端子2和端子3之间形成的电路构成了短路但两端子之间的电阻值为无限大。
由于有这样一种矛盾所以称端子2和端子3之间的短路为虚短路。
3.2.2电阻型传感器的用法到前一节为止所描述的传感器都是通过温度或光来产生电压的发电型传感器。
图3.12的热敏电阻RTH是随温度上升而电阻值变小的负系数电阻型传感器。
在如图 3.12a 所示的电阻型传感器的电路中电流从电池Es流入传感器将电阻值变换成电压来形成输入信号V1。
假如以0○C为基准进行测量。
热敏电阻在温度为0○C时电阻值不为零显然输入信号V1在温度为0○C时也不为零。
为了抵消它通过R2和R3制作基准电压V2来进行差动输入。
3.4运算放大器的本来面目是差动放大3.4.1拉长会使电阻值增加胶皮圈儿拉长会变细。
同样电线拉长断面面积会变小。
电线的电阻值与长度成正比与断面面积成反比。
所以说拉长会使电阻值增加。
利用这一现象将长度的变化转化成电阻值变化的传感器是应变计。
图3.13表示了应变计的概要。
用粘接剂将应变计贴到机械和建筑材料需要进行伸缩和弯曲测量的地方根据电阻值的变化可检测物体的变形。
这也是一种电阻型传感器。
和上一节一样采用差动放大电路。
3.4.2通过检测物体的变形来测量重量用直径为20mm的钢棒拉重达12t的物体钢棒会有0.0017的变形。
如果把应变计和钢棒粘在一起根据△l/l0.0017可得电阻的变化量为0.408Ω。
由图3.14可计算出输出电压为2.52V。
这时如果用Rf和Ra来计算放大倍数A那么这个Ra应该含有R2和R3的并联值。
3.4.3抵消因温度变化带来的测量误差在图3.14中一根吊着推土机的钢棒即使不增加载重随着温度的上升也会变长。
这种因温度变化引起的伸缩会影响应变计电阻值的变化给测量值带来温度误差。
于是如图3.15所示的那样在制作基准电压V2的地方也使用贴有应变计的材质相同的钢棒这样可以校正温度误差。
这种校正温度误差的方法在光传感器以及其他的传感器中也经常使用。
如果把钢棒做得很细也能测量很小的载重。
3.5地线与高增益电路3.5.1地线的处理方法到目前为止所说的电路中地线都是用粗的裸线来描述的。
地线不仅是与众多的元件相接的共用线而且也是从输入端到输出端直通的主干道。
在实际的产品中地线在印刷线路板上占有很大的地盘。
在装配电路时如果地线连接得很乱高增益电路会工作得很不稳定。
所以应按照如图3.16a所示的方法把每个集成电路上的所有地线集中在一起然后连接到一个点上。
集中连接于一点的方法很重要。
一般的电路图用如图3.16b所示的地线符号来表示与地线的连接。
但是在实际电路组装时应以每个集成电路为单位进行集中。
事实上这已是一种常识。
3.5.2增益可变的电路图3.16b将负反馈电阻Rf设计成了可变电阻由此构成一个同相型的增益可变的电路。
怎样选择Rf才能满足所需增益的要求呢看一下第3.1、3.2节就能知道解决这个问题的答案。
3.5.3增益很高的电路单纯考虑一下觉得要得到高增益电路只要将图 3.17a所示将负反馈电阻Rf 和Ra的比值取得很大即可。
但是如果Rf取得太大会使流入Rf的电流变得很小从而使电路工作不稳定。
如果Ra取得太小则会使输入电阻减小。
于是高增益电路需采用既不能使Ra太小又不能使Rf太大的方法实际电路如图3.17b所示采用的就是这种方法。
在这个电路中要准确地求出放大倍数需使用含有Ra和Rb的Rc去计算放大倍数。
但实际上电阻器有相当大的误差实际的放大倍数是不能通过计算来获得的。
如图3.17b所示的那样在高增益的电路中连接一个用于祛除地线上的有害噪声电流的电容器C是很重要的。
3.6施密特触发器 3.6.1同相放大电路与施密特电路的区别反相、同相电路采用的是负反馈方式如图 3.18a 所示输入电压与输出电压成正比例关系。
与此相对照施密特电路采用的是正反馈方式如图3.18b所示在输入电压的某一点输出电压突然发生跳变。
图3.19描述了将平缓变化的交流电压输入到施密特电路后得到急剧变化的输出电压情况。
对于很小的输入变化需要输出明显的白或黑时采用这种电路很有用。
图3.20为油压活塞的施密特工作原理。
通过杠杆向阀门的油缸施加正反馈会形成和运算放大器一样的运动。
3.6.2线性电路和非线性电路在到现在为止所说明的反相和同相电路中输出电压与输入电压都构成比例关系按直线形式进行变化。