运算放大器电路图示:
1. 同相输入端Vp与反向输入端Vn的作用阐释。
在运算放大器中,Vp(同相输入端)和Vn(反向输入端)起着至关重要的作用。它们决定了输出Vo的电压和波形。
2. 运算放大器的放大倍数趋于无穷大。
运算放大有极高的放大倍数,理论上可以达到无穷大(∞)。这意味着,即使是微小的输入信号也能在输出端产生巨大的响应。
3. 反向输入端电压恒等于同相输入端。
在正常工作状态下,运算放大器的反向输入端电压Vn始终等于同相输入端电压Vp。这是由其内部电路的工作原理所决定的。
根据运算放大器的基本原理,有:
Vin = Vp - Vn 且 Vout = A × Vin(其中A代表放大倍数)。
由于A为无穷大,因此Vin可近似为0,从而有Vp ≈ Vn.
结论:在理想情况下,运算放大器的同相输入端电压与反向输入端电压相等。
例证一:
由于反向端电压恒定等于同相端,当输出为0.1V时,它充当了一个电压跟随器。这主要是因为运放的输入阻抗极高,而输出阻抗极低。
例证二:
假设反向端电压为0.1V,经过1K电阻分压后也保持为0.1V。由于运放的工作原理,100K电阻上的分压将是10V,因此输出电压Vo将是两者分压之和,即10.1V。
实际运用例三:
电路以24V直流电源作为输入,经过C1滤波和R1、D2稳压管进行稳压后,稳压在2.5V。稳压管两端并联有一只可调变阻器,其可调范围为0V至2.5V。运放的同相端接在滑动变阻器的上,因此同相端的电压变化范围也为0V至2.5V。反向端接R2与R3分压中间,R3上1K电阻的电压变化范围相应地也是0V至2.5V。而R2上的电压变化范围则为0V至12.5V。输出电压为R2与R3上的电压总和,其变化范围为0V至15V。
4. 运放的输入阻抗为无穷大,意味着几乎没有电流流入运放。
当运放同相端接地时,反向端电压将为0V。尽管有电势差存在于100K电阻的两端,但由于运放的输入阻抗极高,几乎没有电流流入运放。电流将通过其他电阻,如1000K电阻。这样,输出端的电势相对于地(GND)而言是负的,输出为-10V。
类似地,当运放同相端接3V电压时,反向端电压也为3V。电流会流过2K电阻,但同样由于运放的高输入阻抗,电流几乎不流经运放本身。相反,它将流过其他电阻如10K电阻。最终输出的电压将是各种分压的总和。
(1) 当反向端电压恒定时,输出的波形与同相端相位相同。
(2) 当同相端电压恒定时,输出的波形与反向端相位相反。
(3) 再次强调运算放大器的放大倍数为无穷大。