运算放大器的应用

在本教程中,我们将了解运算放大器的不同应用。亚博彩票下载OP-AMPS是具有广泛实现的基本模拟电路之一。我们将在这篇文章中了解一些重要但更常用的运算放大器应用程序。

OP-AMP比较器

比较器,在电子学中,是一种电路结构亚博最新官网网址,比较两个电压(或电流),并指出哪一个更大。因此,对比较国的输入在性质上应该是不同的。比较器可以很容易地使用运放配置,因为运放有高增益和平衡的差分输入。

理论上,开环配置(无反馈)的运放可以用作比较器。当输入电压在非反相端V+大于反相输入端子V处的电压- - - - - -,OP-AMP的输出在其正极端饱和。当非反相输入电压降至反相输入电压以下时,OP-AMP输出切换到其负饱和度水平。比较器电路最广泛应用于模数转换器(ADC)和振荡器。

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OP-AMP反相比较器

在反相比较器中,输入电压V用于运放的反相输入端,非反相输入端通过电阻R1和R2。只要输入电压V是否小于参考电压V裁判,运放输出保持正饱和。当V远远超过参考电压,OP-AMP的输出切换到其负饱和度水平,并且只要V即可保持负饱和小于V裁判。使用运放的比较器的电路如下图所示。

反相比较器

通过选择电阻器r的值1和R2,参考电压V裁判可以调整和比较器可以用来比较输入电压与相应的参考电压。

V出去= + V;如果V裁判

= - v;如果V> V.裁判

运放反相比较器的输入输出波形如下图所示。

Waveforms-Inverting比较器

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OP-AMP非反相比较器

非反相比较器

在运放非反相比较器的情况下,输入电压V用于非反相输入端和参考电压V裁判,连接到反相输入端子。当输入电压V是否大于参考电压V裁判,OP-AMP输出呈正饱和。在实践中,差异(v- v裁判)将为正值。由于运放输入没有反馈,运放的开环增益将是无穷大。因此输出将摆动到它的最大可能的值,+Vsat。当输入电压低于参考电压时,输出变为负饱和电压。

V出去= + V;如果V> V.裁判

= - v;如果V裁判

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运放对数放大器

操作放大器可以配置为用作对数放大器或简单的对数放大器。对数放大器是一种非线性电路配置,输出是K乘以输入电压的对数值。对数放大器发现在计算如信号的乘法和除法,幂和根的计算,信号压缩和解压,以及在工业应用过程控制的应用。由于BJT的集电极电流与基极-发射极电压呈对数关系,因此对数放大器可以使用双极结晶体管反馈到运放。

对数放大器

使用OP-AMP的基本原始放大器的电路如上图所示。对数放大器工作的必要条件是输入电压始终必须为正。可以看出v出去= - V.

由于晶体管的集电极端子保持在虚拟地,并且基站也接地,因此电压 - 电流关系变为二极管的电压并由

E= I.年代[e。问(Vbe) / kT次方- 1)

在那里,

年代=饱和电流,

k =玻尔兹曼常数

t =绝对温度(在k中)

自I.E= I.C对于基础晶体管,

C= I.年代。[e问(Vbe) / kT次方- 1)

(一世C/我年代(e) =问(Vbe) / kT次方- 1)

(一世C/我年代)+ 1 = [e问(Vbe) / kT次方]

(一世C+ I.年代) /我年代= E.问(Vbe) / kT次方

e问(Vbe) / kT次方=(我C/我年代)因为我C> >我年代

对上面方程的两边取自然对数,我们得到

V= (kT / q ln (IC/我年代]

收集器电流iC= V./ R1和V出去= - v

所以,

V出去(=) - kT / q ln (V/ R1。我年代]

因此,电路的输出与输入电压的对数成正比。然而,输出依赖于饱和电流,饱和电流随晶体管和温度的变化而变化。可以添加补偿电路来稳定输出以应对这些变化。

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反对数放大器或指数放大器

反对数或指数放大器(或简单的反对数放大器)是一种运放电路结构,其输出与输入的指数值或反对数值成正比。反对数放大器的工作原理与对数放大器完全相反。反对数放大器和对数放大器用于对输入信号进行模拟计算。使用运放的反对数放大器的电路如下图所示。

Anitlog放大器

我们注意到,通过交换晶体管和电阻的位置,可以使对数放大器作为反对数放大器工作。从虚拟地的概念来看,晶体管的基-集电极电压保持在地电位。当前我E对于晶体管,

E= I.年代[e。问(Vbe) / kT次方- 1)

对于接地的基础晶体管,iE= I.C。所以,

C= I.年代[e。问(Vbe) / kT次方- 1)

在哪里,我年代=晶体管的饱和电流,

V出去= I.C。R1

V出去= I.年代[e。问(Vbe) / kT次方- 1)。R1

此外,对于上述电路V= - v。所以,

V出去= R.1。我年代[e。q (- v/ kt.- 1)

由于I的变化,反对数放大器的输出也不稳定年代对于不同的晶体管和温度依赖性。补偿电路可以用来稳定输出以应对这种变化。

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电流电压变换器

运算放大器电流电压转换器,也称为跨阻抗放大器,是一种将输入电流的变化转换为相应输出电压的电路。电流电压转换电路最常用来放大光电二极管,光电探测器,加速度计和其他传感器器件的电流输出到一个明显的和可用的电压水平。

一个简单的电流-电压转换电路将有一个反馈电阻,具有较大的电阻值。放大器的增益取决于这个电阻。根据应用程序的不同,可以用不同的方式构造电流-电压转换器。所有配置将传感器器件的低电平电流输出转换为显著的电压电平。电路的增益和带宽随传感器类型的不同而变化。

电流 - 电压转换器

基本电流 - 电压转换器的电路如上图所示。在这种情况下,传感器装置是光电二极管,并且它连接到反相输入端子,并且非反相输入端接地。这为光电二极管提供了低阻抗负荷,这使得光电二极管低的电压保持低。OP-AMP的高增益可保持光电二极管电流IP,等于通过电阻器R的反馈电流f。由于光电二极管引起的输入偏移电压非常低,因为光电二极管没有外部偏置。这提供了大的输出增益,而没有任何输出偏移电压。

可以给出上述电路的输出电压,

V出去= - I.P。Rf

上述等式仅满足DC和低频增益电流转换器。如果增益大,则OP-AMP的非反相输入处的任何输入偏移电压将导致输出偏移电压。为了最大限度地减少这些效果,电流 - 电压转换器通常在OP-AMP输入处设计FET,其具有非常低的输入偏移电压。

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运放反相器

运放反相放大器,或反相器,将输入信号反相并对其进行放大。一个正信号在一个反向放大器的输入将导致一个负信号在输出,反之亦然。一个交流正弦信号在输入将产生180o输出相位不一致的正弦信号。

逆变器

上图显示了一个典型的使用运放的反相放大器的电路。该电路采用负反馈连接,通过电阻Rf。输入信号被施加到反相输入端子,并且非反相输入端接地。

由于运放的输入电流理想为零,由输入电压引起的电流I流过电阻R1和Rf。输入输出电压可计算为:

V= I.R.1

V出去= -i.r.f

因此,电路的闭环增益ACL, 是

一个CL= V.出去/ V= - (i.rf/我1) = - rf/ R1

输入电压V因此由-R扩增f/ R1产出时的时间。可以注意到,如果电阻器的电阻,r1和Rf,则输出电压为,

V出去= - V.

这样的电路被称为反向缓冲器,或简单地称为逆变器。

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运算放大器非反相放大器

非反相放大器是OP-AMP电路配置,其产生与所施加的输入信号同相的放大输出信号。非反相放大器使用负反馈连接,但是代替将整个输出信号馈送到输入,仅作为输入到OP-AMP的反相输入端的输入,将输出信号电压的一部分馈送。

非反相放大器

上图显示了一个典型的非反相放大器。输入信号应用于非反相输入端,输出通过电阻分势网络馈送到反相输入端。

当将正输入信号施加到非反相输入端时,输出电压将移位以使反相输入端子等于所施加的输入电压的反相输入端子。因此,在电阻器r中会产生反馈电压2,

VR2= V.= I.2R2

在哪里,我2电流在电阻器r的连接处流动1和R2

V出去= I.2(r.1+ R.2)

从上面V的方程和V出去,可以计算非反相放大器的闭环电压增益,

一个CL= V.出去/ V

= I.2(r.1+ R.2) /我2R2

= (R1+ R.2) / R2

一个CL= 1 + (r1/ R2)

以上增益方程为正,说明输出将与应用的输入信号同相。非反相放大器的闭环电压增益是由电阻的比值R决定的1和R2用于电路中。

实用的非反相放大器将有一个电阻与输入电压源串联,以保持两个输入端子的输入电流相等。

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OP-AMP应用程序摘要

本文概述了运算放大器的广泛应用。运算放大器可用于执行各种数学运算,如加法、减法、乘法以及微分和积分等微积分运算。运放用于各种应用,如交流和直流信号放大,滤波器,振荡器,电压稳压器,比较器在大多数消费和工业设备。今天,运放是模拟电子电路中非常流行的构建模块。

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