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標題: 記住這幾個特性,運算放大器的使用不再難 [打印本頁]

作者: Ameya360    時間: 2017-11-1 10:32
標題: 記住這幾個特性,運算放大器的使用不再難
導讀
記得大學時學習模擬電子電路中關于運算放大器的使用,什么同相比例放大電路、反相比例放大電路、加法電路等,不同的結構和不同輸入輸出公式。當時沒好好學,沒有認真思考為什么這樣,一味的死記硬背以應付考試。隨著時間的流逝,記憶漸漸模糊,等到實際搭電路測試時發現輸出電壓和書上的結果完全不一樣,(此處的原因說明省略100字)。最后經過現實的“洗禮”,發現運算放大器使用只要搞清楚以下幾點,就不再難了,若有不對的地方,還請指正。
第一點:負反饋
這一點很重要,運算放大器電路必須要接成負反饋(實現比較器功能除外)的形式,說的直白一點就是運算放大器的輸出端必須反饋至反相輸入端。

_圖1(a)負反饋接法

1(b)正反饋接法_
第二點:虛斷、虛短
1)運算放大器的輸入阻抗很大,可視為開路,因此分析時可視為流入運算放大器引腳的電流為零,這就是虛斷。
2)虛短就是運算放大器的正相輸入端電壓與反相輸入端電壓相等,即Vp=Vn。為什么會這樣呢,如圖2所示的電路,由于運入有虛斷的特性,那么電阻R3上沒有電流,因此Vp=Vi,當該電路剛通電時,Vo=0V,此時Vn=0V,因此運算放大器的凈輸入電壓為Vp-Vn=Vi,由于運算放大器的開環放大倍數的存在,Vo開始升高,由于Vn=Vo*R2/(R2+R1),因此Vn也開始升高,從而導到凈輸入電壓Vp-Vn變小,最終電路會達到一個平衡的狀態,此時Vp=Vn,也就是虛短。

2 同相放大電路
根據以上兩點,運算放大電路的輸入輸出關系就可以寫出來了,還時以圖2所示的電路作為例子來說明,
根據虛斷的特性,可以得出以下兩個重要的特性
1)電阻R3上沒有電流,即Vp=Vi
2)流過電阻R2的電流就是流過電阻R1的電流,即I1=I2,因此有
(1)

(2)

根據虛短的特性,Vn=Vp=Vi,因此有
(3)
式(3)就是該運算放大電路的輸入輸出公式。
到了這里,是不是就可以了?
答案是NO,還有一點需要注意,不然電路可能還是不能正常工作。那就是需要關注輸出電壓的大,即,第三點:輸出電壓不能超出范圍。
第三點:輸出電壓不能超出范圍
如何理解這一點呢?這里還是以同相放大電路為例,假設該電路的參數為:
運放的供電采用雙電源供電,即電壓是±5V
R1=1K,R2=2K
Vi=2V

1 同相放大電路
根據同相放大電路的公式,輸出電壓為
(1)

如果真的搭了這樣的一個電路,真的可以輸出6V電壓嗎?
顯然不可能,因為運放的供電電壓最大也只有5V,也就是說該運放在這種狀態下輸出的電壓不可能超過5V。這里還做一個假設,假設該運放是軌至軌的,即最大可輸出的電壓為供電電壓,即最大可輸出5V,最小可輸出-5V。
也就是說當輸入電壓Vi在-1.67V~1.67V之間時,輸入輸出滿足關系統式(1),超出這個范圍就不再滿足該關系,圖2就是該電壓的輸入輸出關系曲線。

2 雙電源供電的同相放大電路輸入輸出曲線
在實際電路設計中還有一種很常用的供電方法,即采用單電源供電,即
運放的供電采用單電源供電,即電壓是5V,0V
R1=1K,R2=2K
對于這樣的電路參數,其實思路是一樣的,最大可輸出5V,最小可輸出0V(假設該運放是軌至軌的),下圖是單電源供電時輸入輸出曲線

3 單電源供電的同相放大電路輸入輸出曲線
總結
因此運算放大器電路的分析和設計只要記住或搞清楚以下三點,我想就不會再難了。
負反饋接法
理解和應用虛斷、虛短特性
輸出電壓不能超出運放的供電電壓的范圍




作者: 白龍魚服    時間: 2017-11-2 09:47
剛接觸模電一臉懵逼,不過會好好消化的,謝謝分享
作者: northwester_net    時間: 2019-12-23 13:31
剛開始覺得很難,慢慢才好了,謝謝分享
作者: 王秋冬    時間: 2019-12-24 11:57
好像那里不對,R1=1K,R2=2K,Vi=2V, 公式:Vo=(1+R1/R2)*Vi,結果是3V,怎么會有6V的輸出,難道是R1=2K,R2=1K。或者是公式Vo=(1+R1/R2)Vi有誤。
作者: tieq1952    時間: 2019-12-27 07:22
謝謝分享!!!
作者: oplink    時間: 2019-12-28 08:15
王秋冬 發表于 2019-12-24 11:57
好像那里不對,R1=1K,R2=2K,Vi=2V, 公式:Vo=(1+R1/R2)*Vi,結果是3V,怎么會有6V的輸出,難道是R1=2K,R2=1 ...

不會吧,上面的公式是對的,結果也沒有問題啊!
作者: zcg888    時間: 2020-1-1 11:43
好資料,好好學習
作者: lindeijun1    時間: 2020-2-20 21:06
謝謝樓主分享
作者: 小穎!    時間: 2020-4-29 14:47
oplink 發表于 2019-12-28 08:15
不會吧,上面的公式是對的,結果也沒有問題啊!

公式是對 問題作者代數代錯了  你認真看看
作者: 囡嬅    時間: 2020-7-30 12:08
在計算那R1和R2比反了  結果算出來應該是3V  
作者: 滄海一粒    時間: 2020-7-30 14:02
在計算那R1和R2比反了  結果算出來應該是3V  

由于舉例中  R1和R2 取傎 太接近了,所以易混淆! 實際應用中,反饋電阻R1 是  R2的幾倍、幾十倍以上,。,
作者: zxj870221    時間: 2023-11-28 08:56
剛開始覺得很難,慢慢才好了,謝謝分享




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