在學過了無源元件,、二極管、晶體管,、FET之后,，本文將帶大家來復習一下運算放大器，以及使用了運算放大器的放大器電路和比較器,。

　　方便多用途的集成電路 — 運算放大器

　　運算放大器是一種可以進行數(shù)學運算的放大電路,。運算放大器不僅可以通過增大或減小模擬輸入信號來實現(xiàn)放大，還可以進行加減法以及微積分等運算,。所以,，運算放大器是一種用途廣泛，又便于使用的集成電路,。

　　圖1：運算放大器的電路符號

　　如圖1所示,，運算放大器的電路符號有正相輸入端Vin（+）和反相輸入端Vin（－）兩個輸入引腳，以及一個輸出引腳Vout,。實際上運算放大器還有電源引腳（+電源,、－電源）和偏移輸入引腳等，在電路符號上沒有表示出來,。

　　運算放大器的主要功能是以高增益放大,、輸出2個模擬信號的差值。我們將放大2個輸入電壓差的運放稱為差動放大器,。當Vin（+）電壓較高時,，正向放大輸出。當Vin（－）電壓較高時,，負向放大輸出,。此外，運算放大器還具有輸入阻抗極大和輸出阻抗極小的特征,。

　　即使輸入信號的差很小,，由于運算放大器有極高的放大倍數(shù)，所以,，也會導致輸出最大或最小電壓值,。因此，常常要加負反饋后使用,。下面讓我們來看一個使用了負反饋的放大器電路,。

　　運算放大器的基本① - 反相放大器電路

　　圖2：反相放大器電路

　　如圖2所示，反相放大器電路具有放大輸入信號并反相輸出的功能,?！胺聪唷钡囊馑际钦⒇撎栴嵉?。這個放大器應用了負反饋技術,。所謂負反饋，即將輸出信號的一部分返回到輸入,，在圖2所示電路中,，象把輸出Vout經(jīng)由R2連接（返回）到反相輸入端（－）的連接方法就是負反饋。

　　我們來看一下這個反相放大器電路的工作過程,。運算放大器具有以下特點,，當輸出端不加電源電壓時，正相輸入端（+）和反相輸入端（－）被認為施加了相同的電壓,，也就是說可以認為是虛短路,。所以，當正相輸入端（+）為0V時,，A點的電壓也為0V,。根據(jù)歐姆定律，可以得出經(jīng)過R1的I1=Vin/R1,。

　　另外,，運算放大器的輸入阻抗極高，反相輸入端（－）中基本上沒有電流,。因此,，當I1經(jīng)由A點流向R2時，I1和I2電流基本相等,。由以上條件,，對R2使用歐姆定律,，則得出Vout=－I1×R2。I1為負是因為I2從電壓為0V的點A流出,。換一個角度來看,，當反相輸入端（－）的輸入電壓上升時，輸出會被反相,，向負方向大幅度放大,。由于這個負方向的輸出電壓經(jīng)由R2與反相輸入端相連，因此,，會使反相輸入端（－）的電壓上升受阻,。反相輸入端和正相輸入端電壓都變?yōu)?V，輸出電壓穩(wěn)定,。

　　那么我們通過這個放大器電路中輸入與輸出的關系來計算一下增益,。增益是Vout和Vin的比，即Vout/Vin=（－I1×R2）/（I1×R1）=－R2/R1,。所得增益為－表示波形反相,。

　　在這個算公式中需要特別注意的地方是，增益僅由R1和R2電阻比決定,。也就是說,。我們可以通過改變電阻容易地改變增益。在具有高增益的運算放大器上應用負反饋,，通過調(diào)整電阻值,，就可以得到期望的增益電路。

　　運算放大器的基本② — 正相放大器電路

　　圖3：正相放大器電路

　　與反相放大器電路相對,，圖3所示電路叫做正相放大器電路,。與反相放大器電路最大的不同是，在正相放大器電路中,，輸入波形和輸出波形的相位是相同的,，以及輸入信號是加在正相輸入端（+）。與反相放大器電路相同的是,，兩個電路都利用了負反饋,。

　　我們來看一下這個電路的工作過程。首先,，通過虛短路,，正相輸入端（+）和反相輸入端（－）的電壓都是Vin，即點A電壓為Vin,。根據(jù)歐姆定律,，Vin=R1×I1。另外,，運算放大器的兩個輸入端上基本沒有電流,，所以I1=I2,。而Vout為R1與R2電壓的和，即Vout=R2×I2+R1×I1,。整理以上公式可得到增益G,，即G=Vout/Vin=（1+R2/R1）,。

　　如果撤銷這個電路中的R1,，將R2電阻變?yōu)?Ω或者短路，則電路變?yōu)樵鲆鏋?的電壓跟隨器,。這種電路常用于阻抗變換和緩沖器中,。

　　輸入值的判定 — 比較器

　　Comparator也可稱為比較器，比較兩個電壓的大小,，然后輸出1（+側(cè)的電源電壓,，圖示為VDD）或0（－側(cè)的電源電壓）。比較器常常用于檢測輸入是否達到規(guī)定值,。也可以用運算放大器來代替比較器,，但一般情況下使用專用的比較器IC。比較器和運算放大器使用相同電路符號,。

　　比較器電路如圖4所示,。我們來看一下這個電路的工作過程。首先應該注意,，這個電路中沒有正反饋也沒有負反饋,。放大Vin和VREF的差值，從Vout輸出,。例如,，Vin大于VREF時，放大輸出的Vout上升至+側(cè)的電源電壓,，達到飽和,。Vin小于VREF時，輸出Vout下降至－側(cè)電源電壓達到飽和,。

　　通過這個動作,，Vin和VREF的比較結(jié)果在Vout上輸出。

　　實際應用中,，一般使圖4電路上產(chǎn)生滯后（用于防止錯誤動作的電壓領域）,，如圖5，Vin會產(chǎn)生一些噪波,，但仍可穩(wěn)定動作,。

　　圖4：比較器電路

　　圖5：有滯后效應的比較器電路

　　利用正反饋的發(fā)振電路

　　負反饋動作中，從輸出返到輸入的信號越大,，則輸出越小,。于此相反,，正反饋中，從輸出返到輸入的信號越大,，則輸入越大,。當正反饋動作中增益大于1時，電路振蕩,。將這種振蕩合理利用到電路中,，就形成振蕩電路。

　　圖6的不穩(wěn)定多諧振蕩器就是一個振蕩電路,。

　　圖6：不穩(wěn)定多諧振蕩器電路

　　+側(cè)最大值VL和－側(cè)最大值VL都是不穩(wěn)定的,，兩個數(shù)值不斷變化，因此稱之為不穩(wěn)定,。我們來看看這個電路中的動作,。首先，輸出Vout經(jīng)由R2反饋至正相輸入端（+）,，這是一個正反饋電路,。然后在輸入Vout上應用R3和C，這是一個積分電路,。大家可能會覺得積分電路很難,，實際上，我們可以將它簡單理解為,，輸出在Vout上的電壓的一部分,，緩緩儲存到電容器的一個過程電路。在初始狀態(tài)中,，通過正反饋電路Vout迅速增大并達到最大值（VL）,。

　　然后，通過R3和C構(gòu)成的積分電路,，緩緩增加反相輸入端（－）,。經(jīng)過一定時間，正相輸入端（＋）的電壓超過反相輸入端（－）電壓,，相當于在差動輸入上輸入負電壓,，則Vout在負側(cè)上迅速增大達到－VL。Vout變?yōu)樨?，通過R3和C構(gòu)成的積分電路,，反相輸入端（－）電壓緩緩增大。經(jīng)過一定時間后,，反相輸入端電壓超過正相輸入端（＋）的電壓,，相當于在差動輸入上輸入了正電壓，則Vout向正方向迅速變化。這個過程不斷重復,，在Vout交替出現(xiàn)VL和－VL,，從而實現(xiàn)振蕩電路動作。

　　電子電路入門知識分3次講述,，到今天已經(jīng)全部結(jié)束,。我們僅就要點簡單復習了一下，大家理解了嗎,？
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