標(biāo)題: 記住這幾個(gè)特性，運(yùn)算放大器的使用不再難 [打印本頁(yè)]
作者: Ameya360    時(shí)間: 2017-11-1 10:32
標(biāo)題: 記住這幾個(gè)特性，運(yùn)算放大器的使用不再難
導(dǎo)讀
記得大學(xué)時(shí)學(xué)習(xí)模擬電子電路中關(guān)于運(yùn)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(jié)構(gòu)和不同輸入輸出公式。當(dāng)時(shí)沒(méi)好好學(xué)，沒(méi)有認(rèn)真思考為什么這樣，一味的死記硬背以應(yīng)付考試。隨著時(shí)間的流逝，記憶漸漸模糊，等到實(shí)際搭電路測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)輸出電壓和書(shū)上的結(jié)果完全不一樣，（此處的原因說(shuō)明省略100字）。最后經(jīng)過(guò)現(xiàn)實(shí)的“洗禮”，發(fā)現(xiàn)運(yùn)算放大器使用只要搞清楚以下幾點(diǎn)，就不再難了，若有不對(duì)的地方，還請(qǐng)指正。
第一點(diǎn)：負(fù)反饋
這一點(diǎn)很重要，運(yùn)算放大器電路必須要接成負(fù)反饋（實(shí)現(xiàn)比較器功能除外）的形式，說(shuō)的直白一點(diǎn)就是運(yùn)算放大器的輸出端必須反饋至反相輸入端。

_圖1（a）負(fù)反饋接法

圖1（b）正反饋接法_
第二點(diǎn)：虛斷、虛短
1）運(yùn)算放大器的輸入阻抗很大，可視為開(kāi)路，因此分析時(shí)可視為流入運(yùn)算放大器引腳的電流為零，這就是虛斷。
2）虛短就是運(yùn)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(huì)這樣呢，如圖2所示的電路，由于運(yùn)入有虛斷的特性，那么電阻R3上沒(méi)有電流，因此Vp=Vi，當(dāng)該電路剛通電時(shí)，Vo=0V，此時(shí)Vn=0V，因此運(yùn)算放大器的凈輸入電壓為Vp-Vn=Vi，由于運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)的存在，Vo開(kāi)始升高，由于Vn=Vo*R2/(R2+R1)，因此Vn也開(kāi)始升高，從而導(dǎo)到凈輸入電壓Vp-Vn變小，最終電路會(huì)達(dá)到一個(gè)平衡的狀態(tài)，此時(shí)Vp=Vn，也就是虛短。

圖2 同相放大電路
根據(jù)以上兩點(diǎn)，運(yùn)算放大電路的輸入輸出關(guān)系就可以寫出來(lái)了，還時(shí)以圖2所示的電路作為例子來(lái)說(shuō)明，
根據(jù)虛斷的特性，可以得出以下兩個(gè)重要的特性
1）電阻R3上沒(méi)有電流，即Vp=Vi
2）流過(guò)電阻R2的電流就是流過(guò)電阻R1的電流，即I1=I2，因此有
（1）

（2）

根據(jù)虛短的特性，Vn=Vp=Vi，因此有
（3）
式（3）就是該運(yùn)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(diǎn)需要注意，不然電路可能還是不能正常工作。那就是需要關(guān)注輸出電壓的大，即，第三點(diǎn)：輸出電壓不能超出范圍。
第三點(diǎn)：輸出電壓不能超出范圍
如何理解這一點(diǎn)呢？這里還是以同相放大電路為例，假設(shè)該電路的參數(shù)為：
運(yùn)放的供電采用雙電源供電，即電壓是±5V
R1=1K，R2=2K
Vi=2V

圖1 同相放大電路
根據(jù)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(gè)電路，真的可以輸出6V電壓?jiǎn)幔?/font>
顯然不可能，因?yàn)檫\(yùn)放的供電電壓最大也只有5V，也就是說(shuō)該運(yùn)放在這種狀態(tài)下輸出的電壓不可能超過(guò)5V。這里還做一個(gè)假設(shè)，假設(shè)該運(yùn)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(shuō)當(dāng)輸入電壓Vi在-1.67V~1.67V之間時(shí)，輸入輸出滿足關(guān)系統(tǒng)式（1），超出這個(gè)范圍就不再滿足該關(guān)系，圖2就是該電壓的輸入輸出關(guān)系曲線。

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

圖3 單電源供電的同相放大電路輸入輸出曲線
總結(jié)
因此運(yùn)算放大器電路的分析和設(shè)計(jì)只要記住或搞清楚以下三點(diǎn)，我想就不會(huì)再難了。
負(fù)反饋接法
理解和應(yīng)用虛斷、虛短特性
輸出電壓不能超出運(yùn)放的供電電壓的范圍



作者: 白龍魚(yú)服    時(shí)間: 2017-11-2 09:47
剛接觸模電一臉懵逼，不過(guò)會(huì)好好消化的，謝謝分享
作者: northwester_net    時(shí)間: 2019-12-23 13:31
剛開(kāi)始覺(jué)得很難，慢慢才好了，謝謝分享
作者: 王秋冬    時(shí)間: 2019-12-24 11:57
好像那里不對(duì)，R1=1K,R2=2K,Vi=2V, 公式：Vo=(1+R1/R2)*Vi，結(jié)果是3V，怎么會(huì)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(shí)間: 2019-12-27 07:22
謝謝分享!!!
作者: oplink    時(shí)間: 2019-12-28 08:15
王秋冬 發(fā)表于 2019-12-24 11:57
好像那里不對(duì)，R1=1K,R2=2K,Vi=2V, 公式：Vo=(1+R1/R2)*Vi，結(jié)果是3V，怎么會(huì)有6V的輸出，難道是R1=2K,R2=1 ...

不會(huì)吧，上面的公式是對(duì)的，結(jié)果也沒(méi)有問(wèn)題�。�
作者: zcg888    時(shí)間: 2020-1-1 11:43
好資料，好好學(xué)習(xí)
作者: lindeijun1    時(shí)間: 2020-2-20 21:06
謝謝樓主分享
作者: 小穎！    時(shí)間: 2020-4-29 14:47
oplink 發(fā)表于 2019-12-28 08:15
不會(huì)吧，上面的公式是對(duì)的，結(jié)果也沒(méi)有問(wèn)題啊！

公式是對(duì) 問(wèn)題作者代數(shù)代錯(cuò)了  你認(rèn)真看看
作者: 囡嬅    時(shí)間: 2020-7-30 12:08
在計(jì)算那R1和R2比反了  結(jié)果算出來(lái)應(yīng)該是3V  
作者: 滄海一粒    時(shí)間: 2020-7-30 14:02
在計(jì)算那R1和R2比反了  結(jié)果算出來(lái)應(yīng)該是3V  

由于舉例中  R1和R2 取傎 太接近了，所以易混淆！ 實(shí)際應(yīng)用中，反饋電阻R1 是  R2的幾倍、幾十倍以上，。，
作者: zxj870221    時(shí)間: 2023-11-28 08:56
剛開(kāi)始覺(jué)得很難，慢慢才好了，謝謝分享



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