集成放大器 电路 分析 设计过程中的概念和要点

  • 集成运放的三大特性:虚短、虚断、    和  虚地
  • 把这几个特性理解明白了, 后面的电路分析就很容易上手。

  • 虚短:UP=UN,两输入端电压相等。
  • 虚断:IP=IN=0,两输入端的输入电流为0。
  • 虚地:UP=UN=0,当信号在反向输入时存在(即信号从负输入端流进,而正输入端接地,为什么请看下面)

其中 虚短、虚断 是可以理解为理想运放的通用属性,但是虚地 确是只有负反馈放大电路和差分电路才有的特性;

当谈论电路中是否有虚地的概念,需要考虑电路的性质和设计目标。在同向比例放大器(或非反相放大器)中,通常是单一级别的放大器,旨在放大输入信号并输出放大后的信号,不涉及差分放大或共模抑制。因此,在这种情况下,虚地的概念通常不会被应用,因为它主要用于处理差分信号。

虚地的概念在差分放大器和需要处理共模信号的电路中更为常见。在差分放大器中,通过将一个输入端设为虚地,可以抑制共模信号的影响,提高差分信号的放大性能。然而,在同向放大器中,主要关注的是信号的放大倍数、频率响应和线性性能等,虚地的概念在这种情况下并不适用。

因此,虚地的应用与电路的设计需求和特性密切相关。在差分模式、共模抑制等问题需要考虑时,虚地可能会被引入,而在单一输入信号的放大中,虚地的概念可能并不适用或必要。

如何理解虚地

虚地(Virtual Ground)是一个在电子电路中常用的概念,它指的是一个被假设为地(0V)的电位点,尽管在实际中可能并不完全等于零电位。虚地的概念在很多情况下有助于简化电路分析和设计,并提供了一种参考点,使得一些分析变得更加直观。

虚地在电路中的理解可以从以下几个方面来考虑:

1. **参考点:** 虚地可以被视为一个参考点,用于测量其他电位点的电压。在虚地的参考下,其他电压被表示为相对于虚地的电压。

2. **运算放大器中的应用:** 在运算放大器等电路中,为了便于分析和计算,通常将一个输入端或放大器的非反向输入端定义为虚地。这使得在差分模式下,放大器的输入信号可以更容易地被处理。

3. **信号参考:** 在某些情况下,虚地可以被用作信号的参考点,以便将信号处理、分析或检测与特定的电位点相关联。

4. **阻抗分析:** 在一些电路中,虚地也被用来简化阻抗分析,尤其是在交流电路中。

需要注意的是,虚地是一个概念,它在电路中的具体应用可能因设计和分析的需求而有所变化。虽然虚地被假设为零电位,但在实际电路中,由于电路元件的特性,虚地可能会有微小的偏移。在实际设计中,虚地应该根据电路的特性和要求来考虑,以确保电路的准确性和性能。

对于一个差分放大器(以及负反馈放大器),其中一个输入端(通常是非反向输入端,即 V+ 端)连接了一个平衡电阻,并被假设为虚地(0V),有一些需要注意的点:

  1. 虚地假设: 在差分放大器中,假设一个输入端为虚地是为了简化分析和理解。这并不意味着实际上该端就是零电位,而是用作分析和计算的参考点。

  2. 共模信号抑制: 差分放大器的设计旨在放大差分信号,同时抑制共模信号(两输入信号的平均值)。通过将一个输入端(V+)设为虚地,可以最大程度地抑制共模信号的影响

  3. 平衡电阻的作用: 平衡电阻的作用是保持输入电路的对称性,以提高共模抑制比(CMRR)。虽然 V+ 端连接了平衡电阻接地,但这只是为了保持输入电路的对称性,以便更好地抑制共模信号。

  4. 实际电位: 在实际电路中,虚地和平衡电阻可能会有微小的偏移,这取决于电路的特性和实际环境。然而,在分析和计算中,将 V+ 假设为虚地是为了使分析更加直观和方便。

总结来说,虚地的概念是为了简化分析和实现更好的电路性能。在差分放大器中,将一个输入端假设为虚地是为了抑制共模信号、提高共模抑制比以及保持输入电路的对称性。实际电路中,虚地可能有微小的偏移,但在分析中它被用作参考点。

设置虚地的时候,为什么不考虑平衡电阻两端的电压差?

设置虚地的时候,通常的假设是将一个输入端(通常是非反向输入端,即 V+ 端)作为虚地。这个假设的目的是为了简化分析,并且在理想情况下,认为平衡电阻两端的电压差等于零。让我解释一下这个假设的背后原因:

1. **差分模式:** 在差分放大器中,最关心的是差分信号(即两个输入信号之间的差值),而不是各自的绝对电位。虚地的设置使得我们可以更专注于差分信号的处理。

2. **共模抑制:** 差分放大器的一个重要目标是抑制共模信号(两个输入信号的平均值)。通过将一个输入端设为虚地,可以使共模信号在放大器的分析中几乎不产生影响。

3. **简化分析:** 在虚地假设下,分析变得更加直观和简单。这样可以更容易地处理差分模式下的信号增益和共模抑制比等参数。

4. **对称性:** 平衡电阻的存在确保了输入电路的对称性。当一个输入端被设置为虚地时,平衡电阻的两端电压差确实存在,但在理想情况下,可以认为这个电压差非常小,从而不会对差分放大器的性能产生显著影响。

需要注意的是,虚地的设置是一种假设,用于简化电路分析和设计。在实际设计中,一些因素,如电路元件的特性、工作条件、电源稳定性等,可能会导致平衡电阻两端的微小电压差。但在虚地假设下,我们将这个差值视为忽略不计,以便更好地理解电路的基本特性。

为什么在理想情况下,认为平衡电阻两端的电压差等于零

为什么同向比例放大器中没有 “虚地” 概念?

同向比例放大器(或称为非反相放大器)通常是单一级别的放大器,其设计目标是放大输入信号并输出放大后的信号,而不涉及差分放大或共模抑制。因此,在同向比例放大器中通常不会出现虚地的概念,因为虚地通常用于处理差分信号,而在同向放大器中没有差分信号。

虚地的概念主要用于差分放大器和其他需要处理共模信号的电路中。在差分放大器中,通过将一个输入端设为虚地,可以最大程度地抑制共模信号的影响,从而提高差分信号的放大性能。同向放大器通常不需要这种抑制性能,因为它的目标是放大单一输入信号而不考虑差分模式。

在同向放大器中,主要的考虑是信号的放大倍数、频率响应、线性性能等,而虚地的概念在这种情况下并不适用。虚地通常在需要处理差分信号、提高共模抑制比或实现其他特定功能的电路中才会被广泛应用。

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