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运算放大器是否需要端子接地?

硬件微讲堂 来源:硬件微讲堂 2023-05-08 16:20 次阅读

两个问题

照例先抛出来一个问题:

运算放大器是否需要端子接地?

②如果没有接地,运算放大器是怎么工作的?

运算放大器,我想学过模电的同学多少都会知道一些。关于运放是否要接地,这个问题不晓得同学们是否有考虑过。就拿我们经常使用的万用表,在测电压时,负表笔也要考虑找个接地点戳一下,找个参考点。难道运放就不需要么?

什么是运算放大器

在考虑这个问题之前,我们先认识下运算放大器。课本上一般会说:运算放大器是由晶体管电阻电容元器件组成的具有一定功能的电子电路。这种说法比较官方,我们简单点,就直接从名字上看,“运算”和“放大”,即是说:它既可以实现电信号的运算(如加减乘除、积分、微分等),又可以对电信号进行放大(如电压放大)。

至于其内部用什么实现的,我们暂且不管,就把它当做一个黑匣子,只关注外部是如何连接的。如下图所示,运放的电路符合。

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

从上述电路符号中,我们可以看出,除了正常的负向输入Vn、正向输入Vp、输出Vo外,上下还有两个端子V+和V-,显然是给运放供电的,

这里问一下,同学们是否对运放输入端的“+”“-”的含义有什么疑问?

这里解释一下。这里的“+”“-”是以输出Vo为参考,+表示该输入端子与输出同相,-表示该输入端子与输出反相。

再说下V+和V-,从上图中可以明显看出,它们都是以GND为公共参考点,可分别给运放提供正向和负向电压。而Vp和Vn可以分别给不同的电信号,这样运算放大器确实不需要有一个端子来专门接地。这回答了文章开头提出的一个问题。

没有接地,怎么工作?

如上述,没有接地端子,运放如何工作呢?

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

上图为运放的电路模型。从上图中可以直观看出,Vo=A(Vp-Vn)。注意Vp和Vn都是对参考地的电压,而输出是A(Vp-Vn)。

这意味着,运放输出端是只对差分信号(Vp-Vn)有响应,而对单独的Vp和Vn这两个共模信号没有响应。而此时的放大倍数A也可以理解为是差模增益。基于此分析,对运放而言,只对输入端的差值大小(Vp-Vn)感兴趣,而对Vp和Vn的具体大小不感兴趣。这里也解释了为啥运放不需要专门的参考地端子,只要Vp、Vn、V+、V-具有相同的参考地,运放就只关心输入端的差值

因此,我们可以进一步理解运放是具有差分输入和单端输出的放大器

总 结

今天先聊到这里,讨论的内容比较简单:

①运放是否需要专门的端子接地?

不需要;

②如果没有接地,如何工作?

只要运放各端子具有相同参考地,运放只对差分信号(Vp-Vn)有响应,而对单独的Vp和Vn这两个共模信号没有响应。





审核编辑:刘清

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