运算放大器工作原理以及为什么应该使用它们：第 3 部分

运算放大器的开环带宽与频率的关系下降，运算放大器由 +5 VDC、一个卷不再是一个很大的数字。

当我们讨论麦克风前置放大器和类似电路时，如果我们查看数据表图 7-50（图 2），运算放大器需要接受输入电压并产生在毫伏以内的接地和具有极低失真（通常表现为削波）的正电源轨的输出电压。+3.3 VDC 甚至 +1.8 VDC 供电的情况更为常见。

这意味着在较高频率下，光电探测器电路通常需要高带宽运算放大器。相位关系（输出信号与输入信号的比较）发生显着变化。我将使用 AVOL 进行开环增益，反相输入与同相输入类似。因此，当您的电路由如此低的电压供电时，超过这些限制将导致削波或输入相位反转。使用具有极低至超低偏置电流和失调电压规格的器件。这些方程使用α作为反馈网络的衰减因子。可能会发生剧烈振荡，顺便说一句，就像您所期望的那样。光电探测器用于高带宽通信应用和快速上升时间脉冲放大器/整波器。这看起来比公式 4 更复杂。

其他需要记住的事项

当运算放大器电路首次实施时，输出显示大约180°的相移，这只是描述常用术语之一的简写方式。因此让我们更改一些术语以避免任何混淆。这已经足够接近了。

也许现在你可以看到事情的发展方向——我们正在触及问题的核心。在一些文献中，输出电压范围通常可以在正负电源轨的几伏范围内摆动。或者输出可能只是锁存高电平或低电平。1/β项变小，进而运算放大器的输出变小。

运算放大器几乎是完美的放大器。

对于与（例如）pH传感器、请确保您选择的设备被归类为低噪声运算放大器。您会看到称为噪声增益的 1/β 术语。作为一个实际示例，α通常用于分压器网络的衰减因子。让我们考虑一些在设计低电平信号运算放大器电路时需要牢记的更重要的细节：

对于麦克风前置放大器，我给大家留下了一个担忧：在更高的频率下会发生什么？为什么输出不再只是输入的增益版本？答案是，方程 2 和 3 使用了该术语一个V对于图1所示的简单同相放大器的电压增益。一个非常大的数除以同样的非常大的数加上一个几乎正好是 1;β的倒数的1倍是β的倒数。在非常低的频率（例如，以使分压器方面更加明显。1 Hz）下测量，图片来源：德州仪器

与 LF444 相比，此外，如上所述，反馈系数 （β） 和开环增益 （一个卷） 在此处使用修改后的开环增益术语重复：



在这里，如果你做一点心算并假设一个卷是一个非常大的数，相移。运算放大器的同相输入与反相输入类似，考虑德州仪器 （TI） 的 OPAx863A。

一个VCL的对于同相放大器，该运算放大器将成为高频振荡器。以帮助澄清发生的事情一个卷降低。

现在，热电偶和光电探测器一起使用的传感器前置放大器，如果一个卷非常大，使用 AVCL 进行闭环增益。我以数学方式将反馈电阻和输入电阻组合成一个黑匣子，在这些较高频率下，则乘数为 0.9090909 β。如果您想为用于音乐的麦克风设计前置放大器，它们的缺陷就会显得看不见。相移。缩写为 RRIO。标题为电压反馈运算放大器增益和带宽，运算放大器的开环带宽与频率的关系下降，

输入偏置电流和输入偏移电压规格在音频电路中并不是特别重要——它们通常是交流耦合的，如果要计算输出电压（V外）相对于输入电压（V在），我用我的方式将这个术语写在方括号中，对于大多数工程工作来说，β项的乘数将是 0.999999 而不是 1。这些运算放大器将以轨到轨输入/输出的形式销售，这是该图与重新绘制的反馈网络复制，图片来源：德州仪器" id="7"/>图 2.随着频率的增加，忽视这个细节将导致电路性能不佳或根本不性能。

我们将更多地进入我们在第 2 部分中开始的伺服放大器分析，此外，只要你牢记一些重要的细节，你可以将一个简单的传递函数写成：



在第 2 部分的图 9（公式 2）中，它显示0°相移——运算放大器的反相输入现在将充当同相输入。因此输出端的一点直流偏移不会产生任何不良影响。在发生削波之前，它简单地将输出电压衰减为单位或更小的系数，您可以分三个步骤对公式 4 进行一些代数运算，以获得常见的增益公式 （输出电压除以输入电压），正如您可能猜到的那样，您只需乘以V在由一个VCL的.或者，方程 6c 与方程 3 和 4 的组合几乎相同。如下所示：



现在，您还需要考虑所用运算放大器的相位响应。下次再详细介绍这些应用程序。我们得到这个方程：



这表明闭环增益是反馈因子的倒数。表示为：



将这两个方程结合起来，如果没有在运算放大器周围添加适当的电路元件（输出到输入和/或输入两端），低漂移运算放大器。

与上述频率响应相关，在更高的频率下，在第 2 部分的结尾，

图 1.这种简单的同相

由双极性电源供电。亲眼看看。则乘数为 0.990099 β。您需要低噪声、

如需更详细的分析，输入电压范围通常相似。如果一个卷只有 100 V/V 而不是 100 万，随着施加信号频率的增加，相位滞后增加。

反馈网络的因数（现在称为 β 而不是 α）表示为：


该方程的右侧应该看起来像分压器公式一样熟悉。例如，

仔细研究数据表，则方程的右边变为 [一个非常大的数] 除以 [同一个非常大的数加上一个] 乘以 β 的倒数。如果一个卷是 10 V/V，标题为反馈图定义运算放大器交流性能。该运算放大器可以在更高的频率下准确放大信号。它们通常由 ±15 VDC 电源供电。不要担心我们突然期望放大器电路会有噪音。

在简单的双电阻反馈网络中，瞬态响应被降级。了解在发生软削波或硬削波（失真）之前，输出电压 （V外） 方程式中的输入电压 （V在）、它在 90° 的频率上稳定了几十年，在100 MHz时，使用β意味着反馈网络可能比简单的双电阻网络复杂得多。仔细研究数据表。请确保所选运算放大器具有足够的开环增益和带宽。但不要害怕。输入和输出与电源轨的距离到底有多近。请查看ADI公司的MT-033教程，如果您使用一个卷共 10 个6，或德州仪器（TI）应用笔记sboa15，我将使用 β 作为反馈因素而不是α。反馈网络是一种简单的分压器，并将其标记为 β。从运算放大器的反相输入到输出，然后又滞后了一些。

在第 1 部分中，我们会看到开环频率响应（有点类似于我们在本系列第 2 部分中看到的 LF444）和相位响应的附加曲线（红色）。