運(yùn)算放大器之單端模式和差分放大器知識(shí)講解

　　運(yùn)算放大器簡(jiǎn)稱為運(yùn)放，它是一種放大設(shè)備，通常在其輸入輸出端子之間與電容器和電阻器之類的組件一起使用，本質(zhì)上是模擬設(shè)備的核心部分。在本文將對(duì)單端模式和差分放大器做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。

　　在電路圖的繪制過(guò)程中，為了便于繪制復(fù)雜的電路圖，電子運(yùn)算放大器通常以簡(jiǎn)單的三角形來(lái)表示，其中內(nèi)部組件未單獨(dú)表示。對(duì)于運(yùn)放的結(jié)構(gòu)與整個(gè)電路的更大功能無(wú)關(guān)的情況，這種符號(hào)看起來(lái)很方便：

　　其中，+V和-V連接分別表示直流電源的正極和負(fù)極。輸入和輸出電壓連接顯示為單導(dǎo)體，因?yàn)榧俣ㄋ?a target="_blank">信號(hào)電壓均參考電路中稱為地的公共連接。通常（但并非總是如此?。?，直流電源的一極（正極或負(fù)極）是該接地參考點(diǎn)。實(shí)際的運(yùn)算放大器電路（顯示輸入電壓源，負(fù)載電阻和電源）可能如下所示：

　　一、運(yùn)放放大器電路的功能

　　無(wú)需分析運(yùn)放的實(shí)際晶體管設(shè)計(jì)，您就可以輕松辨別整個(gè)電路的功能：獲取輸入信號(hào)（Vin），對(duì)其進(jìn)行放大并驅(qū)動(dòng)負(fù)載電阻（Rload）。為了完成以上示意圖，為任何需要的數(shù)學(xué)分析指定該運(yùn)放的增益（Av，Ai，Ap）和Q（偏置）點(diǎn)將是很好的。

　　如果運(yùn)放必須能夠向負(fù)載輸出真實(shí)的交流電壓（極性相反），則可以使用分離的直流電源，從而使接地點(diǎn)在“+V”和“-V”之間電“居中”。有時(shí)將分離式電源配置稱為雙電源。

　　該運(yùn)算放大器的整體電壓仍為30伏，但是使用分壓直流電源時(shí)，負(fù)載電阻兩端的輸出電壓現(xiàn)在可以從理論最大值+15伏變化為-15伏，而不是+30伏變化為0伏特這是從放大器獲得真正的交流（AC）輸出的簡(jiǎn)單方法，而無(wú)需在輸出上采用電容或電感（變壓器）耦合。該放大器的輸出在截止和飽和之間的峰峰值幅度保持不變。

　　二、差分放大器

　　通過(guò)用三角形符號(hào)表示較大電路中的晶體管放大器，我們可以簡(jiǎn)化研究和分析更復(fù)雜的放大器和電路的任務(wù)。我們將研究的這些更復(fù)雜的放大器類型之一稱為差分放大器。與普通放大器會(huì)放大單個(gè)輸入信號(hào)（通常稱為單端放大器）不同，差分放大器會(huì)放大兩個(gè)輸入信號(hào)之間的電壓差。使用簡(jiǎn)化的三角形放大器符號(hào)，差分放大器如下所示：

　　在三角形放大器符號(hào)的左側(cè)可以看到兩條輸入引線，在右側(cè)可以看到輸出引線，在頂部和底部可以看到+V和-V電源引線。與其他示例一樣，所有電壓均參考電路的接地點(diǎn)。請(qǐng)注意，一根輸入導(dǎo)線標(biāo)有（-），另一根標(biāo)有（+）。因?yàn)椴罘址糯笃鲿?huì)放大兩個(gè)輸入之間的電壓差，所以每個(gè)輸入都會(huì)以相反的方式影響輸出電壓。考慮下表中電壓增益為4的差分放大器的輸入/輸出電壓表：

　?。?）輸入上的正電壓逐漸趨向于將輸出電壓驅(qū)動(dòng)為更正，而（-）輸入上的正電壓日益趨向于將輸出電壓驅(qū)動(dòng)為更負(fù)。同樣，（+）輸入上越來(lái)越負(fù)的電壓也趨向于將輸出驅(qū)動(dòng)為負(fù)，而（-）輸入上越來(lái)越負(fù)的電壓也正相反。由于輸入和極性之間的這種關(guān)系，（-）輸入通常稱為反相輸入，而（+）通常稱為同相輸入。將差分放大器視為由敏感電壓表控制的可變電壓源可能會(huì)有所幫助，例如：

　　需要注意的是，以上圖示僅是幫助理解差分放大器行為的模型。這不是其實(shí)際設(shè)計(jì)的現(xiàn)實(shí)示意圖?！癎”符號(hào)表示振鏡，是靈敏的電壓表運(yùn)動(dòng)。連接在+V和-V之間的電位計(jì)在輸出引腳（參考DC電源的一側(cè)）提供可變電壓，該可變電壓由檢流計(jì)的讀數(shù)設(shè)置。必須理解，任何由差分放大器的輸出供電的負(fù)載都將從直流電源（電池）獲取電流，而不是從輸入信號(hào)獲取電流。輸入信號(hào)（到檢流計(jì)）僅控制輸出。首先，這個(gè)概念可能會(huì)使剛接觸放大器的學(xué)生感到困惑。由于所有這些極性和極性標(biāo)記（-和+）周圍，很容易造成混淆，并且不知道差分放大器的輸出是什么。要解決這種潛在的混亂，請(qǐng)記住以下簡(jiǎn)單規(guī)則：

　　三、輸入輸出極性關(guān)系

　　當(dāng)差分電壓的極性與反相和同相輸入的標(biāo)記匹配時(shí)，輸出將為正。當(dāng)差分電壓的極性與輸入標(biāo)記沖突時(shí)，輸出將為負(fù)。這與基于輸入電壓極性的數(shù)字電壓表顯示的數(shù)學(xué)符號(hào)有些相似。電壓表的紅色測(cè)試導(dǎo)線（由于紅色通常與電子線路中電源的正極相連，因此通常稱為“正”導(dǎo)線）比黑色的正極更正，電表將顯示正電壓值，反之亦然：

　　就像電壓表僅顯示其兩條測(cè)試線之間的電壓一樣，理想的差分放大器僅會(huì)放大其兩個(gè)輸入連接之間的電位差，而不是放大其中任何一個(gè)連接與地之間的電壓。就像數(shù)字電壓表的帶符號(hào)指示一樣，差分放大器的輸出極性取決于兩個(gè)輸入連接之間的差分電壓的相對(duì)極性。

　　四、差分放大器的用途

　　如果此放大器的輸入電壓表示數(shù)學(xué)量（如模擬計(jì)算機(jī)電路中的情況）或物理過(guò)程測(cè)量（如模擬電子儀器電路中的情況），則可以看到差分放大器等設(shè)備的性能如何。很有用。我們可以使用它來(lái)比較兩個(gè)量，以查看哪個(gè)量更大（根據(jù)輸出電壓的極性），或者我們可以比較兩個(gè)量之間的差（例如，兩個(gè)儲(chǔ)罐中的液位）并標(biāo)記一個(gè)警報(bào)（基于如果放大器之間的差值變得太大，則為絕對(duì)值）。在基本的自動(dòng)控制電路中，將控制量（稱為過(guò)程變量）與目標(biāo)值（稱為設(shè)定點(diǎn)）進(jìn)行比較），并根據(jù)這兩個(gè)值之間的差異來(lái)決定如何采取行動(dòng)。電子控制這種方案的第一步是使用差分放大器放大過(guò)程變量和設(shè)定值之間的差異。在簡(jiǎn)單的控制器設(shè)計(jì)中，該差分放大器的輸出可直接用于驅(qū)動(dòng)最終控制元件（例如閥門），并使過(guò)程合理地接近設(shè)定值。

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