集成运放-同相、反相和差动放大电路

ID:105323 · 发表于 2016-2-12 19:20

很长时间没有好好研究过运放，以前的一些概念也很模糊，于是找到一本好书《图解运算放大电路》，一个日本人写的，他用了杠杆和油压装置来形象地描绘集成运放。理想运放应具备以下特点：
(1)差模开环电压增益Avd=∞；
(2)差模输入电阻Rid=∞；
(3)输出电阻Ro=0；
(4)共模抑制比KCMR=∞；(5)输入偏置电流IIB=0；
(6)输出失调电压VIO、失调电流IIO及其温漂αVIO、αIIO均为零；
(7)单位增益带宽BWG=∞；
(8)转换速率SR=∞，等。

一个运放的开环增益很大，那么在正反相输入端只要有个微小的压差，输出就应当为无穷大，然而实际中运放最大的输出约为电源电压的70%左右。运放存在着失调电压，因为其内部差动晶体管特性不可能完全一致。
下面以LM741为例来讲述

左图是它的管脚封装，1和5管脚是补偿失调电压的两管脚，接法见右图；2和3分别为反相和正相输入端，4和7接电源；6则为输出。将正反相输入端接地，调节如右图的电阻，使输出电压为0，这是补偿运放的失调电压。
运放的基本运算方法是运用“虚短（V+=V-)”和“虚断(流入集成运放的输入电流为0）”。集成运放基本的两种电路是同相和反相放大电路，见下图：

拿同向放大电路来说，(0-V1)/R2=(V1-Vo)/R1Vo=V1(1+R1/R2)=0.03*(1+9.9/0.1)=3V
反相放大电路则是（V2-0）/R5=(0-Vo)/R4 得出Vo=-V2*R4/R5=-0.3*10/1=-3V

这两个电路的输入端位置不一样，导致放大后的极性也不同，反相放大电路输出与输入极性相反，而同相放大电路则输入输出极性相同，还有就是反相放大电路的正相输入端需要一个电阻来对付温漂，其阻值可由公式R4*R5/(R4+R5)来确定。

差动放大电路就是在同相反相输入端都输入一个电压，看下图：

计算输出电压同样需要运用上面“虚短”和“虚断”的方法，当然采用正反相叠加的方法显得更为方便：
对于同相来说 Vo1=V1*(R1+R2)/R2=3V；
对于反相来说 Vo2=-V2*R1/R2=-1.8V；
Vo=Vo1+Vo2=1.2V。

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