運算放大器的工作狀態(tài)判斷

1、運算放大器工作狀態(tài)的判斷一、摘要運算放大器最早被設(shè)計出來的目的是用來進行加、減、微分、積分的模擬數(shù)學運算，因此被稱為“運算放大器”。同時它也成為實現(xiàn)模擬計算機的基本建構(gòu)單元。然而，理想運算放大器的在電路系統(tǒng)設(shè)計上的用途卻遠超過加減等的計算。今日的運算放大器，無論是使用晶體管或真空管、分立式（discrete）元件或集成電路元件，運算放大器的效能都已經(jīng)逐漸接近理想運算放大器的要求。目前運算放大器廣泛應用于家電，工業(yè)以及科學儀器領(lǐng)域。一般用途的集成電路運算放大器售價不到一美元。（以上引自維基百科）由于運放的運用十分廣泛，因此，學習了解它的特性變得十分重要。運算放大器的工作狀態(tài)大致可以分為線性工作狀

2、態(tài)和非線性工作狀態(tài)。它們的電路工作特點和功能有著本質(zhì)的區(qū)別。所以，我們主要需要掌握分析一個運算放大器到底工作在哪個工作狀態(tài)的能力。其中要能工作在線性狀態(tài)必須接入一個負反饋，才能保證運算放大器工作在線性狀態(tài)實現(xiàn)運算放大功能。而要工作在非線性狀態(tài)則運放必須開環(huán)或者接入一個正反饋，開環(huán)下一般用于單門限比較器，而正反饋則用于遲滯比較器。一般情況下反饋放大器網(wǎng)絡拓撲模型如下圖所示：(1) 若AF=0則開環(huán)；(2) 若AF0則為正反饋；(4) 若AF1則為正反饋且與A反相；在接下來的報告里，我們以一個簡單的加法器為例，對其中運放在不同條件的的工作狀態(tài)進行詳盡的理論分析和仿真驗證。二、理論分析一個加法器的電

3、路圖如下：假設(shè)這個運算放大器的開環(huán)增益為A（1）由電路圖分析可得：，式，式由式、式可得： 所以這種運算放大器電路的工作狀態(tài)主要取決于： 的大小關(guān)系。（2） 若：，則： 因為A無窮大，此時電路為單門限比較器（開環(huán)）（3）若，則：分別就大于和小于關(guān)系進行討論。（4）若，則： 此時電路為遲滯比較器（正反饋）（5）若，則：此時電路為線性放大（負反饋）三、實驗仿真驗證（基于Multisim10.0）（一）（1）若時因為A無窮大，所以此時電路為單門限比較器（開環(huán)）（2）仿真驗證：我們?nèi)?，即滿足，此時由于A取無窮大所以，此時電路表現(xiàn)為單門限比較器，在輸入正弦波的時候輸出波形為方波。理論分析與仿真結(jié)果一致，證

4、明結(jié)論是正確的。（二）（1）若，則：此時電路為遲滯比較器（正反饋）（2）仿真驗證：這里取，滿足關(guān)系式成立；則理論分析與仿真結(jié)果一致。在實際焊接得到的電路中測試則并沒有得到同樣的結(jié)果，原因是理論計算是只計算了反饋網(wǎng)絡一次反饋的結(jié)果，而仿真也只計算了一次，而在實際電路中，這種反饋隨時間的累加會超過供電電壓而使運放進入非線性，電路發(fā)生自激不能穩(wěn)定工作。（三） （1）若，則：此時電路為線性放大（負反饋）（2）仿真驗證：，則：當輸入為正弦波的時候，輸出也應該為正弦波，放大器工作在線性狀態(tài)。理論分析與仿真結(jié)果一致，證明結(jié)論是正確的。三、運放的應用實例:(1) 對于上圖電路，若二極管支路導通，那么電路就處于

5、負反饋狀態(tài)。此時：(2)對于上圖電路若：則：VinVTL=-（VDZ+Von）此時，電路工作在非線性狀態(tài)，得到如圖波形：（3）差分放大仿真驗證，理論計算是正確的，用這種電路可以設(shè)計一個差分放大電路。(4) 電流放大與電流電壓轉(zhuǎn)換:利用這種電路可以實現(xiàn)電流的放大:利用這種電路可以實現(xiàn)電流電壓轉(zhuǎn)換：（5）電壓電流轉(zhuǎn)換如果RLR，那么：IR5=IRL=Io從而實現(xiàn)電壓電流的轉(zhuǎn)換。（6）負電阻四、總結(jié)運算放大器的工作狀態(tài)，主要取決于電路中正反饋占主要地位還是負反饋占主要地位。若負反饋占主要地位，則為線性工作狀態(tài)；若正反饋占主要地位，則為非線性工作狀態(tài)。根據(jù)運算放大器的不同工作狀態(tài)，可以實現(xiàn)不同的電路功能。如果運算放大器工作在線性狀態(tài)（負反饋狀態(tài)），可以設(shè)計線性放大電路。若電路工作在正反饋或者是開環(huán)狀態(tài)，那么我們可以用來設(shè)計單門限比較器、滯回比較器等。五、關(guān)于研討式教學的體會和建議從這個學期的經(jīng)歷來看，研討式教學不同于老師一個人在課堂講授的模式，而是把研討任務布置給學員自己，讓自己去自學并做報告，老師則在一旁指導。這種教學方法能調(diào)動大家的積極性，提高自己的動手能力，并且從知識掌握的角度來講，個人親自動