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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(guān)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(jié)構(gòu)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(fā)現(xiàn)輸出電壓和書上的結(jié)果完全不一樣，（此處的原因說明省略100字）。最后經(jīng)過現(xiàn)實的“洗禮”，發(fā)現(xiàn)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(xiàn)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

圖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(huán)放大倍數(shù)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(tài)，此時Vp=Vn，也就是虛短。

圖2 同相放大電路

根據(jù)以上兩點，運算放大電路的輸入輸出關(guān)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(jù)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(jù)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(guān)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(shè)該電路的參數(shù)為：
運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(tài)下輸出的電壓不可能超過5V。這里還做一個假設(shè)，假設(shè)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(guān)系統(tǒng)式（1），超出這個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

在實際電路設(shè)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(shù)，其實思路是一樣的，最大可輸出5V,最小可輸出0V（假設(shè)該運放是軌至軌的），下圖是單電源供電時輸入輸出曲線

圖3 單電源供電的同相放大電路輸入輸出曲線

總結(jié)

因此運算放大器電路的分析和設(shè)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(jié)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(fā)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(jié)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(jié)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(fā)表于 2019-12-28 08:15
不會吧，上面的公式是對的，結(jié)果也沒有問題啊！

公式是對問題作者代數(shù)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(jié)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(jié)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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