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出端和正負電源接人端。一般在討論由集成運放構成的電路時,運算放大器的內部電路不必
畫出,只需用一個電路圖形符號表示,在這個符號中,只畫出運算放大器與外部電路相關的
管腳。由于運放在工作時,必須接入正負電源,因此運放與電源相接的管腳線也可以省略不
畫,如圖1.3 -1所示。
L - - - -l
(b)
圖1.3 -1運放的符號和等效電路
上篇模擬電子技術基礎37
運算放大器有兩個輸入端,分別對應于差動輸入級的兩個晶體管的基極。當信號作用在
一個管子的基極時,輸出信號的極性(或相位)與輸入信號相同,則稱該輸入端為同相輸
入端(簡稱同相端),在圖1.3 -1 (a)所示的運放符號上用“+”號表示;當信號作用在
差動輸入級的另一個管子的基極時,輸出信號的極性(或相位)總是與輸入信號相反,這
個輸入端稱為反相輸入端(簡稱反相端),在圖1.3 -1 (a)所示符號上用“一”號表示。
集成運放通常被視為一個完整的獨立電子器件,因此分析由集成運放構成的電路時,可
以用一個等效電路替代它。有信號作用于集成運放的兩輸入端時,運放對輸入信號而言相當
于一個電阻,這個電阻就是集成運放輸入級的輸入電阻,或稱運放的差模輸入電阻Ri。從
輸出端研究運放對外部負載的作用時,可以認為它是一個有內阻的電壓源,電源電壓u。=
A。M。,其中4。為運算放大器的開環電壓放大倍數,Lld為差模輸入信號。電源內阻就是運放的
輸出電阻R。。所以集成運放可以用圖1.3 -1 (b)所示的電路等效。
2.理想運算放大器的條件
在分析含運算放大器的電路時,為了分析方便,常假設運放滿足以下條件:
(1)開環電匪放大倍數無窮大,即Ad=o。;
(2)輸入電阻Rj為無窮大,即Ri=∞;
(3)輸出電阻為零,即R。=0。
滿足上述條件的運算放大器稱為理想運算放大器。實際使用的集成運放,其特性與理想
運放情況基本接近。一般對由集成運放構成的電路進行分析時,均按理想條件處置。
當集成運放在線性區域工作時,滿足以下關系:
M。=AdUd =Ad(M+-配一)
因運算放大器的開環電壓放大倍數非常大,可達l05~ 107甚至更高,即使輸入只有毫伏
級以下的信號,也足以使輸出電壓飽和,輸出飽和電壓接近于電源電壓值。所以兩輸入端電
位數值必定是非常接近的,兩輸入端間的電位差極小,可以認為u+=u一,則兩輸入端之間
近似于短路,但實際上并未短路,因此被稱作“虛短”。
因差動放大器的輸入電阻Ri也很大,運放的輸入電流很小,可視為零,所以可以認為
i+≤一=0。由于i+=1- =0,因此該處與斷路時相似,但電路并未真正斷路,故稱為“虛
斷”。“虛短”和“虛斷”的概念是分析集成運放電路的依據。
3.由運算放大器構成的反饋放大電路
集成運放的開環電壓放大倍數Ad非常高(如Ad>105),信號直接作用于同相或反相輸
入端,而電路中又不引入反饋,這種工作狀態稱力開環應用。在這種情況下,運放將進入飽
和區。輸出電壓只有兩種可能:或等于正電源電壓,或等于負電源電壓。而這時兩個輸入端
的電位u+與M一也不一定相等。
為了使集成運放電路能在大信號下正常工作,電路中要引入負反饋。通過外接電路引入
反饋,稱為閉環應用,如圖1.3 -2所示。在閉環下,只有負反饋才能使電路的工作穩定并
工作于線性放大區。
所謂反饋,是指將放大電路的輸出量(電壓或電流)經過一定的元件或網絡(反饋網
絡)回送到放大電路的輸入端,這一回送信號就稱為反饋信號。反饋信號與外加輸入信號
38電子技術基礎
一__■■■■__■■._I
圖1.3 -2集成運放的閉環電路
共同參與對放大器的控制作用,這樣的放大電路稱
為閉環放大電路或反饋放大電路。這種輸出量的回
送過程稱為反饋。
按照反饋的極性,反饋可分為正反饋和負反
饋。當反饋信號的引入使凈輸入增強,從而使放大
倍數提高,就稱為正反饋。反之,當反饋信號的引
入削弱了凈輸入,使放大倍數減小時,就稱為負
反饋。
負反饋雖然降低了放大倍數,但卻能使放大器
的動態性能獲得多方面的改善,因而經常采用;而
正反饋可以提高放大倍數,并能引起電路振蕩,只在振蕩器或比較器中采用。
1.3.2運算放大器的應用
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民用航空器維修基礎系列教材 電子技術基礎(23)