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运算放大器工作状态的判断 报告 运算放大器工作状态的判断 一、概述 如今，在电子设计制造中运算放大器应用的越来越广泛。要很好地应用运算放大器来设计电子电路，我们必须了解运算放大器的特性。而一个运算放大器工作状态的判断直接决定了电路的功能和特性。所以，我们要学会准确的判断运算放大器的工作状态，并能根据这些工作状态来设计和分析应运运算放大电路。 运算放大器的工作状态大致可以分为线性工作状态和非线性工作状态。它们的电路工作特点和功能有着本质的区别。所以，我们主要需要掌握分析一个运算放大器到底工作在哪个工作状态的能力。其中要能工作在线性状态必须接入一个负反馈，才能保证运算放大器工作在线性状态实现运算放大功能。而要工作在非线性状态则运放必须开环或者接入一个正反馈，开环下一般用于单门限比较器，而正反馈则用于迟滞比较器。 这里只讨论一个比较简单的反馈放大器的工作状态。 一般情况下反馈放大器网络拓扑模型如下图所示： 若AF=0则开环； 若AF0则为负反馈； 若AF0则为正反馈； 若AF1则为正反馈且与A反相； 二、理论分析 1、这里先讨论这个简单的放大器电路模型，如图： 假设这个运算放大器的开环增益为A 2、理论计算分析 （1）由电路图分析可得： ，式① ，式② 由式①、式②可得： 所以这种运算放大器电路的工作状态主要取决于： 的大小关系。 （2） 若：，则： 因为A→无穷大，此时电路为单门限比较器（开环） （3）若，则： 分别就大于和小于关系进行讨论。 （4）若，则： 此时电路为迟滞比较器（正反馈） （5）若，则： 此时电路为线性放大（负反馈） 三、实验仿真验证（Multisim软件仿真） （一） （1）若时 因为A→无穷大，所以此时电路为单门限比较器（开环） （2）仿真验证： 我们取，即满足， 此时 由于A取无穷大所以，此时电路表现为单门限比较器，在输入正弦波的时候输出波形为方波。 理论分析与仿真结果一致，证明结论是正确的。 （二） （1）若，则： 此时电路为迟滞比较器（正反馈） （2）仿真验证： 这里取， 满足关系式成立； 则 理论分析与仿真结果一致。 但是这个结果经过实际电路试验验证是错误的，在这种情况下会发生自激使电路不能稳定工作。因为理论计算是只计算了反馈网络一次反馈的结果，而仿真也只计算了一次，而在实际电路中，这种反馈随时间的累加会超过供电电压而进入非线性。 所以说，软件仿真也不一定是正确的。 （三） （1）若，则： 此时电路为线性放大（负反馈） （2）仿真验证： ， 则： 当输入为正弦波的时候，输出也应该为正弦波，放大器工作在线性状态。 理论分析与仿真结果一致，证明结论是正确的。 三、具体例子分析: 对于上图电路，若二极管支路导通，那么电路就处于负反馈状态。此时： (2)对于上图电路 若： 则：VinVTH=VDZ+Von 若： 则：VinVTL=-（VDZ+Von） 此时，电路工作在非线性状态，得到如图波形： （3）差分放大 仿真验证，理论计算是正确的，用这种电路可以设计一个差分放大电路。 电流放大与电流电压转换: 利用这种电路可以实现电流的放大: 利用这种电路可以实现电流电压转换： （5）电压电流转换 如果RLR，那么：IR5=IRL=Io 从???实现电压电流的转换。 （6）负电阻 四、总结 运算放大器工作状态的判断，在电子设计和电路分析中是必不可少的。根据运算放大器的不同工作状态，可以实现不同的电路功能。如果运算放大器工作在线性状态，即工作在负反馈状态，可以设计线性放大电路。若电路工作在正反馈或者是开环状态，那么我们可以用来设计单门限比较器、滞回比较器等。 运算放大器的工作状态，主要取决于电路中正反馈占主要地位还是负反馈占主要地位。若负反馈占主要地位，则为线性工作状态；若正反馈占主要地位，则为非线性工作状态。