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運算放大器的工作原理是什么

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運算放大器工作原理是什么？

在模擬集成電路和控制領域常用到的電子器件之一就是運算放大器 ， 在學習的時候對它的理解就是局限于公式推導 。在電路調試過程中 ， 遇到調試不順暢時 ， 有時師傅說增大某某電阻或減小某某電容試試 ， 這種辦法有時還真管用 ， 可是不知其精髓 ， 就知道能應急 。

運算放大器的工作原理是什么

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運算放大器的原理

運算放大器的工作原理是什么

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此圖是運算放大器電路圖 ， 計算和分析此電路 。假設此運算放大器的開環放大倍數A＝∞、電壓約±13V ， 而飽和輸出電壓約Uo＝±12V 。規定此圖反饋節點為1 。圖中的R1、RF分別為1kΩ、2kΩ 。R2為平衡電阻 ， ui＝+3V 。動態過程:設初始狀態uo＝0 ， 當ui＝+3V時 ， 節點1電壓為正 ， 由uo＝A×(u+-u-) ， 得uo＝A×(0-u1)＝-12V 。假設此時節點1電壓為負 ， 由uo＝A×(u+-u-) ， 得uo＝A×(0-u1)＝+12V 。于是uo的電壓從-12V到+12V過渡 ， 經過-6V時則u1趨向于零 ， 且滿足uo＝A×(u+-u-) 。因為A很大 ， 所以可穩定在-6V 。
當某時刻uo受擾動uo變為-6(+) ， 則u1趨向于0(+) ， 由uo＝A×(u+-u-) ， 則uo趨向于-12V ， 輸出減小 ， 當uo達到-6(-)時 ， 則u1趨向于0(-) ， 由uo＝A×(u+-u-) ， 則uo趨向于+12V ， 輸出增大 ， 最終維持在-6V ， 達到動態平衡 。由此可見 ， 運算放大器的工作特性由uo＝A×(u+-u-)來決定 ， 可將此式視為運算放大器的本質公式 ， 其本質就是差分放大 。即輸入增大 ， 輸出反相增大 ， 同理可得 ， 輸入減小 ， 輸出反相減小 。類似小時候玩的蹺蹺板 ， 一頭翹起另一頭下降 ， 于是引出了運算放大器的杠桿原理 。在運算放大器的線性區 ， 視運算放大器的輸入端ui和輸出端uo為杠桿兩端 ， 視杠桿支撐點為u1 ， 如圖所示(A) 。

運算放大器的工作原理是什么

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輸入、輸出與阻抗值(臂長)成正比 ， 把此現象叫運算放大器的杠桿原理 。對于此圖來說 ， 輸入增大 ， 輸出反相增大 ， 可理解為滯后180° 。而現實中用到的運算放大器開環增益并不是無窮大 ， 一般情況約10^5 。
當運算放大器進入飽和區工作時 ， 此時輸入ui、參考點u1視為杠桿的兩端 ， 而輸出uo視為杠桿的支撐點 ， 如圖所示(B) 。
運算放大器的工作原理是什么

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輸入與參考
點電壓u1成正比 ， 視為運算放大器的杠桿原理 。一般情況下 ， 運算放大器對應的類型如圖(A)的杠桿原理 ， 比較器類型的對應如圖(B)的杠桿原理 。
【運算放大器的工作原理是什么】實際中運算放大器的開環增益并不是無窮大 ， 而是約為10^5 ， 其中速度與精度的要求往往相互矛盾 。高速度要求的是高單位增益頻率 ， 而高精度要求的是高直流增益 ， 因此在同一個運算放大器要實現高速度和高精度難度大 。由于某些運算放大器的頻率特性并不是很好 ， 在中高頻時其開環增益有限 ， 由其本質公式可知 ， 得知其"虛短"效果不佳 ， 故開環增益越大 ， 則調節器就精準 。

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