运算放大器与电压比较器均是较为常见的两种单元电路,电路符号相同,这两者各自有何特点?区别在哪?能否相互代换呢?
一、运算放大器的组成与特点
运算放大器简称“运放”,是一种具有很高放大倍数的单元电路,由具有特殊祸合电路及反馈电路的放大器组成,现已采用集成块封装形式,又称为集成运放。
1.电路组成
集成运放电路由四部分组成,如图1所示。输入级是一个双端输入的高性能差动放大器,输入阻抗高、差模开环放大倍数(Aod)大、共模抑制比(KCNIR)高、静态电流小。该级的好坏直接影响运放的大多数性能参数,也是更新变化最多的一级电路。中间级的作用是使运放具有较强的放大能力,故多采用复合管做放大管,以电流源做集电极负载。输出级要求具有线性范围宽、输出电阻小、非线性失真小等特点。偏置电路用于设里集成运放各级放大电路的静态工作点。
运放有两个输入端(一个是反相输入端uN,另一个是同相输入端up)和一个输出端u0,如图2所示。同相输入端表示输入电压与输出电压相位相同,若UP >0,则u0 >0; up <0,则u0<0。反相输入端表示输入电压与输出电压相位相反,若uN >0,则u0 <0;反之uN <0、则u0>0。
2.电压传输特性
电压传输特性是表示输出电压uo和输入电压ui之间的关系曲线,如图3所示,明显分为线性放大区和饱和区两个区域。斜线反映了线性放大区输入与输出之间的关系,斜率表示电压放大倍数Av=uo/ui,即输出与输入幅值(或有效值)之比;两端水平线表示饱和区域,同时表明输出电压uo不随输入ui =up-uN而变,而是恒定值+Uom(或-Uom) 。
另外,从该特性曲线还可看出线性区非常窄,这是因为差模开环放大倍数非常大,可达几+万倍,只有当ui = I UP-uN I< 28μV时,电路才工作在线性区。
提示:运算放大器是一种在负反馈条件下工作的电路,设计时考虑的重点是电路的稳定性、压摆率(在输入信号为阶跃信号时,闭环放大器的输出电压时间变化率的平均值,通常用SR表示)和最大带宽。