南京邮电大学电子电工运算放大器的线性应用
时间: 2025-01-01 12:28:26 浏览: 14
### 运算放大器在线性应用中的原理及实例
#### 一、运算放大器线性工作区简介
当运算放大器处于线性区域时,其输出电压与输入差分电压成正比关系。理想情况下,运放具有无限开环增益,在实际电路中通过负反馈机制来控制增益并保持稳定操作。此时,两个输入端之间的压降几乎为零(虚短),流入同相和反相输入端电流也接近于无(虚断)。这种特性使得运放在许多模拟信号处理场合成为不可或缺的核心元件[^1]。
#### 二、基本线性配置——反相比例放大器
最常见的一种形式就是利用电阻网络构建起来的反向放大结构。假设有一个标准单电源供电环境下的简单反相比例放大器模型:
```circuitikz
\begin{circuitikz}[american]
\draw (0,0) node[op amp] (opamp) {}
(-2,-2) to[R=$R_1$, *-*] (-2,0)
to[short,*-o] (-3,0)node[left]{Vin}
(-2,-2) -- ++(0,-1) node[ground]{};
\draw (opamp.-) |-++(-1.5,-1);
\draw (opamp.out) --++(1,0)to[R=$R_f$](opamp.+|- opamp.out)--(opamp.+);
\draw (opamp.out) --++(1,0) coordinate (outpt) ;
\draw (outpt) to[short,o-] ++(1,0) node[right]{Vout};
\end{circuitikz}
```
在这个例子中,\( V_{in} \) 是施加给 \( R_1 \) 的输入电压源;而 \( R_f \) 则连接着输出节点回到反相输入端形成闭环路径。根据KCL定律可得:
\[ I_{Rf}=I_{R1}\Rightarrow\dfrac{{V}_{out}-{V}_n}{R_f}=\dfrac{{V}_i-{V}_n}{R_1}\\因为这里假定运放开环增益很大以至于使内部偏置点趋于平衡状态即${V}_p≈{V}_n=0$(对于理想的运放而言),所以最终得到表达式如下所示:
\[ {V}_{out}=-{\left(\dfrac{R_f}{R_1}\right)}{V_i}\]
这表明输出电压相对于输入呈固定比例反转变化,其中的比例系数由外部选定的两颗电阻决定。
#### 三、其他典型应用场景举例说明
除了上述提到的基础型态之外,还有诸如求和/减法器、积分微分器等多种基于相同设计理念演变出来的复杂功能模块可供选用。这些都广泛应用于各类测量仪器仪表、音频视频设备以及其他众多领域当中去实现特定的功能需求。
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