运放-2. 基础知识

-----前文导读-----

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-----本文简介-----

主要内容包括：
 

①：共模信号与差模信号

②：理想运算放大器

③：负反馈

④：虚短与虚断

⑤：输入阻抗与输出阻抗

 

-----正文-----

一、关于集成运放

1. 什么是集成运放

集成运放是由很多晶体管构成的集成电路，与直接用分立晶体管搭建的放大电路相比，其一致性更好且体积更小，因此广泛应用于各种电路中。
 

2.集成运放的作用      
 

集成运放能用来进行信号的放大、缩小、滤波等更多种功能。

 

二、基本概念  

1. 共模信号与差模信号

想要学习运算放大器，首先我们了解两个概念叫共模信号与差模信号，其定义为：任何两个信号都能拆分为共模信号与差模信号的代数和形式。

差模信号一般用Vid表示：

共模信号 一般用Vcm表示：

假设两个信号:V1=9V、V2=11V，那么两个信号的

差模信号为：  V2-V1=2V

共模信号为：（11+9）/2=10V

V2可以表示为：Vcm+Vid/2 即：10+1
 

V1可以表示为：Vcm-Vid/2  即：10-1

那么信号V1和V2可以这样粗略的理解，他们两个是在10V的共模电压下以±1V的峰峰值上下摆动而来，一个是共模电压加上峰值，一个是共模电压加下峰值。
 

如果要用运放对这两个信号进行调理，那就要考虑所用运放的差模、共模输入电压范围是否允许2V和10V电压，共模、差模输入电压范围这两个概念在此后的实际运放应用电路中经常出现，是非常重要的概念 。

2. 负反馈

负反馈是指，输出结果对输入有反向的影响，使系统输出与系统目标的误差减小，系统趋于稳定。例如开车的时候油门是输入，速度是输出，当我们踩下油门开始加速 ，加速到超过预期速度时，我们会自然的松油门，速度就会回落到预期速度，即输出结果对输入有反向的影响，输入随之变化后使输出与目标值误差减小。
 

带入到运算放大器电路中，例如图1，一个电压跟随器，构成负反馈后，正、负输入端与输出端电压均相等（后面文章会介绍到 ），假设输出端电压因扰动升高，因为负反馈连接了负输入端与输出端，所以负输入端电压也随之升高，此时正输入端电压小于负输入端电压，因此输出电压会随之下降，这个过程中输出结果对输入有反向的影响 ，导致输出电压趋于稳定。 
 

图1 电压跟随器
 

3. 实际运放等效模型

图2 实际运放等效模型
 

实际运放等效模型如上图，其中：

①. A代表开环放大增益，即开环状态下的放大倍数，一般为10000倍以上；

②. ri代表输入阻抗，其意义是由于输入阻抗是有限值，所以输入端会吸收一定的输入信号的电流，导致误差；

③. ro代表输出阻抗，其意义是，在运放输出接负载后，由于输出阻抗的存在，电流流过输出电阻，会产生一定的压降，造成输出误差。

4. 理想运放

图3 理想运放等效模型

理想运放的输入无穷大，开环增益无穷大，输出阻抗为零，另外还有无限大共模抑制比、无限大带宽、零失调和零漂移的特性，这些概念会在后续的文章介绍 。
 

5. 虚短与虚断

当理想运放工作在负反馈状态下时，其工作在线性工作区，此时会有两个概念：虚短与虚断。
 

虚断：由于是理想运放，其输入电阻无穷大，意味着不会有电流流入运放输入端，此时称其为虚断。
 

虚短：以图1的电压跟随器为例，当其稳定工作时，输出端电压与正、负输入端电压均相等，由于其工作在负反馈状态下，当输出端电压因扰动增大时，负输入端由于反馈线的存在也会增大，此时运放正输入端电压小于负输入端电压，运放输出开始减小，直到重新达到正、负输入端电压与输出端电压相等时才会重新达到平衡状态。也就是说，工作在负反馈状态下的理想运放其正负输入端电压一定是相等的，称之为虚短。
 

----总结----

本文简单介绍了运放相关的基本概念，是学习运放的先导性文章，下一篇将会介绍常见的运放电路构成、计算及其作用。
 

审核编辑 黄宇