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運(yùn)算放大器是否需要端子接地?

硬件微講堂 ? 來源:硬件微講堂 ? 2023-05-08 16:20 ? 次閱讀
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兩個(gè)問題

照例先拋出來一個(gè)問題:

運(yùn)算放大器是否需要端子接地?

②如果沒有接地,運(yùn)算放大器是怎么工作的?

運(yùn)算放大器,我想學(xué)過模電的同學(xué)多少都會(huì)知道一些。關(guān)于運(yùn)放是否要接地,這個(gè)問題不曉得同學(xué)們是否有考慮過。就拿我們經(jīng)常使用的萬用表,在測電壓時(shí),負(fù)表筆也要考慮找個(gè)接地點(diǎn)戳一下,找個(gè)參考點(diǎn)。難道運(yùn)放就不需要么?

什么是運(yùn)算放大器

在考慮這個(gè)問題之前,我們先認(rèn)識(shí)下運(yùn)算放大器。課本上一般會(huì)說:運(yùn)算放大器是由晶體管電阻電容元器件組成的具有一定功能的電子電路。這種說法比較官方,我們簡單點(diǎn),就直接從名字上看,“運(yùn)算”和“放大”,即是說:它既可以實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的運(yùn)算(如加減乘除、積分、微分等),又可以對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大(如電壓放大)。

至于其內(nèi)部用什么實(shí)現(xiàn)的,我們暫且不管,就把它當(dāng)做一個(gè)黑匣子,只關(guān)注外部是如何連接的。如下圖所示,運(yùn)放的電路符合。

9fc80bbc-ed75-11ed-90ce-dac502259ad0.png

從上述電路符號(hào)中,我們可以看出,除了正常的負(fù)向輸入Vn、正向輸入Vp、輸出Vo外,上下還有兩個(gè)端子V+和V-,顯然是給運(yùn)放供電的,

這里問一下,同學(xué)們是否對(duì)運(yùn)放輸入端的“+”“-”的含義有什么疑問?

這里解釋一下。這里的“+”“-”是以輸出Vo為參考,+表示該輸入端子與輸出同相,-表示該輸入端子與輸出反相。

再說下V+和V-,從上圖中可以明顯看出,它們都是以GND為公共參考點(diǎn),可分別給運(yùn)放提供正向和負(fù)向電壓。而Vp和Vn可以分別給不同的電信號(hào),這樣運(yùn)算放大器確實(shí)不需要有一個(gè)端子來專門接地。這回答了文章開頭提出的一個(gè)問題。

沒有接地,怎么工作?

如上述,沒有接地端子,運(yùn)放如何工作呢?

9ffe3c82-ed75-11ed-90ce-dac502259ad0.png

上圖為運(yùn)放的電路模型。從上圖中可以直觀看出,Vo=A(Vp-Vn)。注意Vp和Vn都是對(duì)參考地的電壓,而輸出是A(Vp-Vn)。

這意味著,運(yùn)放輸出端是只對(duì)差分信號(hào)(Vp-Vn)有響應(yīng),而對(duì)單獨(dú)的Vp和Vn這兩個(gè)共模信號(hào)沒有響應(yīng)。而此時(shí)的放大倍數(shù)A也可以理解為是差模增益。基于此分析,對(duì)運(yùn)放而言,只對(duì)輸入端的差值大小(Vp-Vn)感興趣,而對(duì)Vp和Vn的具體大小不感興趣。這里也解釋了為啥運(yùn)放不需要專門的參考地端子,只要Vp、Vn、V+、V-具有相同的參考地,運(yùn)放就只關(guān)心輸入端的差值

因此,我們可以進(jìn)一步理解運(yùn)放是具有差分輸入和單端輸出的放大器

總 結(jié)

今天先聊到這里,討論的內(nèi)容比較簡單:

①運(yùn)放是否需要專門的端子接地?

不需要;

②如果沒有接地,如何工作?

只要運(yùn)放各端子具有相同參考地,運(yùn)放只對(duì)差分信號(hào)(Vp-Vn)有響應(yīng),而對(duì)單獨(dú)的Vp和Vn這兩個(gè)共模信號(hào)沒有響應(yīng)。





審核編輯:劉清

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