运算放大器:电源支路中的电流

电器工程 运算放大器
2022-02-01 06:50:31

有人可以告诉我何时以及有多少电流流入/流出运算放大器的电源和/或接地腿?

如果这些腿上有电阻会发生什么?

更新 1: 这是激发我好奇心的电路:(来自运算放大器的数据表) 在此处输入图像描述

感谢 Jason 的回答,我了解电路是如何产生输出的,但我不清楚如何找到削波电压。

另外:为什么会发生削波 - 而不是由于电源范围太小而导致运算放大器关闭?

即最大灌电流为 500µA。假设 Isense 非常大,这意味着 max(Vout) = RB*500µA:这很容易为 5V。假设 Vsupply = 3V,这应将电源范围迅速推至所需最小值以下并关闭运算放大器。- 导致开/关振荡,不是吗?

2个回答

好问题!

运算放大器没有接地脚:有正负电源轨,通过它们的电流大致如下:

Is+=Iq+max(Iout,0)=max(Iq,Iq+Iout)Is=Iq+max(Iout,0)=max(Iq,IqIout)

其中 Is+ 是流入 + 电源端子的电流,Is- 是流出 - 电源端子的电流,Iq 是数据表中指定的静态电流,Iout 是流出输出的电流。

因此,例如,如果 Iq = 1mA 且 Iout = 3mA,则 Is+ = 4mA 且 Is- = 1mA;如果 Iq = 1mA 且 Iout = -3mA,则 Is+ = 1mA 且 Is- = 4mA。

这是因为运算放大器是线性的,并且在其输出级使用传输晶体管:正输出电流 = 源电流必须来自 + 电源端子,负输出电流 = 灌电流必须进入 - 电源端子。

我说“大致”是因为还有两个其他因素:

  1. 输入电流永远不会完全为零——如果它们是皮安或纳安,您可能会忽略它们,但如果运算放大器是双极运算放大器并且输出饱和(输入不相等),那么输入电流可能会大于指定的输入偏置电流,并且可能足够重要,以至于您不能忽略它。您必须知道输入电流的极性:对于 PNP 输入级,输入电流将为负(电流从输入流出),因此会添加到来自正电源端子的电流;对于 NPN 输入级,输入电流将为正(进入输入的电流),因此会添加到退出负电源端子的电流。

  2. 静态电流并不完全恒定,并且会随着工作点的不同而有所不同(尤其是在运算放大器处于饱和状态或输出负载很大的情况下)。

如果这些腿上有电阻会发生什么?

然后,您的电源电压会因 IR 下降而有所不同,具体取决于负载电流。不要在没有两件事的情况下这样做:

  1. 您必须完全了解负载电流是什么,并确保它不会导致足够的 IR 降对电路能力产生显着影响(例如运算放大器饱和范围收缩,或者更糟糕的是,运算放大器根本无法工作,因为电源电压范围下降到它保证工作的电压以下)。

  2. 看在上帝的份上,在电源电压引脚和信号地之间放置旁路电容器,这样交流电源电流的变化就不会导致交流电源电压的变化耦合到您的电路中。

这是老式 LM741 的示意图:

在此处输入图像描述

您可以看到从顶部的 V+ 到底部的 V- 的许多(当前)路径。所有这些电流的总和在数据表中表示为电源电流(第 4 页)。那是开路输出的电流。

当您将负载连接到输出时,它将提供或吸收电流。Sourcing 是当电流流出运算放大器时,sinking 是当电流流入输出时。当运算放大器通过晶体管 Q14 提供电流时,电流来自 V+ 轨。下沉由 Q20 完成,电流流向 V-。

V+ 的总电流是电源电流加上源电流(如果有)。通过 V- 的总电流是电源电流加上从输出吸收的电流(如果有)。

将电阻器与 V+ 和 V- 串联将导致电压降与通过 V+ 和 V- 的电流成正比。如果您对(几乎恒定的)电源电流进行抽象,您可以通过这种方式测量输出电流。如果输出信号是正弦信号,则 V+ 处的电阻器将显示信号的正半部分,V- 处的电阻器将显示信号的负半部分。这用于以下放大器:

在此处输入图像描述

当运算放大器提供电流时,R3 检测到该电流,电压将驱动 Q3/Q4,从而放大运算放大器提供的电流。同样的情况也发生在信号的负半部分,由 R2 检测并由 Q1/Q2 放大。