什么是運算放大器、比較器?
? 什么是運算放大器?
運算放大器(Operational Amplifier)是一種差分放大器,具有高輸入電阻、低輸出電阻、高開放增益(開環增益),并具有可放大+輸入引腳與-輸入引腳間的電壓差的功能。
每個電路由正側電源引腳、負側電源引腳、+輸入引腳、-輸入引腳、輸出引腳等5個引腳構成。
*通常電源(yuan)、輸入(ru)、輸出分類以外的(de)引腳名稱未進行統一。
運算放大器(qi)、比較器(qi)的圖解符號
運算(suan)放大器的電源引腳(jiao)名稱示例
運算放大器要求的功能有高輸入電阻(阻抗)和低輸出電阻。在下圖【電壓控制電壓源放大器模型】中,輸入電壓和輸出電壓的關系如以下公式所示。
電壓控制電壓源放大器模型
信號電壓Vs是通過電阻分壓由信號源電阻Rs和運算放大器的輸入電阻Ri分(fen)壓而得,因(yin)此衰減的(de)信(xin)號(hao)被(bei)輸入(ru)運算(suan)放大器(qi)。
但是,當Ri遠遠大于Rs(Ri=∞)時,公式的第(di)1項可視作近(jin)似于1、Vs=Vi。
關于以下第2項,放大了的輸入電壓AvVi被運算放大器的輸出電阻Ro和負載電阻RL分壓輸出。
此時,當Ro遠遠小于RL(Ro=0)時(shi),第2項可近似(si)于1,信(xin)號可在不(bu)衰減的狀(zhuang)態(tai)下輸出。
這樣的運(yun)算(suan)放(fang)大器被稱(cheng)為理想運(yun)算(suan)放(fang)大器。
一般希望運算放大器(qi)具有高輸入電(dian)阻(zu)、低(di)輸出電(dian)阻(zu),盡(jin)量設計(ji)為接近理想運算放大器(qi)的電(dian)路結構。
信號電壓Vs是通過電阻分壓由信號源電阻Rs和運算放大器的輸入電阻Ri分壓而得,因此衰減的信號被輸入運算放大器。
但是,當Ri遠遠大于Rs(Ri=∞)時,公式的第1項可視作近似于1、Vs=Vi。
關于以下第2項,放大了的輸入電壓AvVi被運算放大器的輸出電阻Ro和負載電阻RL分壓輸出。
此時,當Ro遠遠小于RL(Ro=0)時,第2項可近似于1,信號可在不衰減的狀態下輸出。
這(zhe)樣(yang)的運算(suan)放大器(qi)被稱為(wei)理想運算(suan)放大器(qi)。
一般希望運算放(fang)大(da)器(qi)具有高輸入電阻(zu)、低輸出電阻(zu),盡量(liang)設計為(wei)接(jie)近理想運算放(fang)大(da)器(qi)的電路結構。
運(yun)算放大(da)器按其放大(da)率放大(da)引(yin)腳間(jian)的電壓差,因此(ci)輸出電壓表示如下(xia)。
當運算放大器的開放增益Av足夠大時,可視為左邊近似于0、Vs=VOUT。
增益較低時,公式左邊不可近似于0,這樣,輸出電壓會發生誤差。
之所以希望運算放大器有高開放增益(yi),是(shi)因(yin)為通(tong)過該(gai)增益(yi)可盡量(liang)縮(suo)小(xiao)輸出(chu)電(dian)壓誤差。
高開放增益從其他角度來看,意味著應盡量減小+輸入引腳和-輸入引腳間的電位差。即,開放增益越大,VIN+=VIN-的關系成立的可能性就越大。該+輸入引腳和-輸入引腳的電位基本相等的關系被稱為虛短、虛斷或虛擬接地。
構成負反饋電(dian)路(lu)使用時,該關系成立,可利用虛擬接地的(de)特性設計應(ying)用電(dian)路(lu)。
? 什么是比較器(qi)
比較器(Voltage Comparator)的引腳結構與運算放大器相同,即由+輸入引腳、-輸入引腳、正側電源引腳、負側電源引腳、輸出引腳等5個引腳構成。該電路使用任一輸入引腳為基準引腳來固定電壓,放大該基準電壓與輸入另一個引腳的電壓間的差,輸出High或Low。
+輸入(ru)引(yin)腳的電位 > -輸入(ru)引(yin)腳的電位成立時(shi),輸出High級
-輸(shu)入引腳(jiao)的電位(wei) > +輸(shu)入引腳(jiao)的電位(wei)成立時,輸(shu)出Low級
運算放大(da)器與比較器的很(hen)大(da)差異是有(you)無相位補償電容(rong)。
由于運算放大器構成負反饋電路使用,因此需要在IC內部設置防振相位補償電容。
而(er)比較器未(wei)構成負反饋電路(lu),因此未(wei)內置(zhi)相位補(bu)償電容(rong)。
由于相位補償電容限制了輸入-輸出間的響應時間,因此無相位補償電容的比較器具有比運算放大器更好的響應性。
另(ling)一方面(mian),根據該相(xiang)位補償電容的有(you)無(wu),將運(yun)算放大(da)器作為比(bi)較(jiao)器使用(yong)時,因受相(xiang)位補償電容限制,其(qi)響應(ying)性遠(yuan)遠(yuan)低(di)于比(bi)較(jiao)器。
運算放大(da)器作為比較器使用(yong)時需要注意。