典型運(yùn)放電路的分析仿真

我又來(lái)分享筆記啦，最近搞單片機(jī)，發(fā)現(xiàn)確實(shí)很多基礎(chǔ)知識(shí)都忘了哈，還是來(lái)繼續(xù)學(xué)習(xí)模電。我這個(gè)運(yùn)放電路筆記系列會(huì)把一些經(jīng)典的信號(hào)運(yùn)算處理過(guò)一遍，陸續(xù)記錄一些典型運(yùn)放電路的分析仿真，加強(qiáng)一下自身分析學(xué)習(xí)能力。

電壓跟隨器

首先看一下電壓跟隨器，基本模型如下圖，輸出因?yàn)闆](méi)有引入反饋，所以增益為1，那么輸出電壓就會(huì)跟隨輸入電壓。這個(gè)東西有什么用呢?

根據(jù)虛短和虛斷的概念：Uo=Ui，輸出Uo與輸入U(xiǎn)i大小相等w相位相同。信號(hào)從同相端輸入;輸入阻抗無(wú)窮大，反相輸入端直接輸出;輸出阻抗小。相當(dāng)于對(duì)前級(jí)電路開(kāi)路，對(duì)后級(jí)電路就相當(dāng)一個(gè)恒壓源，即輸出電壓不受后級(jí)電路阻抗影響。所以它能將輸入信號(hào)真實(shí)的傳遞給負(fù)載而索取的電流極小，常常在電路中用于模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的隔離。(實(shí)際的應(yīng)用中還要看運(yùn)放的數(shù)據(jù)手冊(cè)中是否注明單位增益穩(wěn)定，除此之外輸出端還得接一個(gè)反饋電阻，否則這樣用會(huì)不穩(wěn)定)。

同相比例放大器

如圖電路模型分析所示，由于運(yùn)放的特性;當(dāng)引入負(fù)反饋，可以用虛斷虛斷分析，當(dāng)輸入U(xiǎn)i，那么電路滿足一個(gè)計(jì)算公式，大家可以看到輸出的系數(shù)>1,那么得到輸出一個(gè)同相的Uo，并且輸出與輸入的關(guān)系滿足一定的放大比例，比例系數(shù)與負(fù)反饋的電阻與反相輸入的電阻有關(guān)。

需要注意的是由于運(yùn)放的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樾盘?hào)是從同相端輸入，那么應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)放內(nèi)部的輸入阻抗可以很大，所以外部的反饋比例電阻應(yīng)用上就無(wú)限制。但缺點(diǎn)就是對(duì)于運(yùn)放本身來(lái)會(huì)有共模信號(hào)的疊加。(由嚴(yán)格的運(yùn)放增益定義 Uo=Ad(U+-U-)+Acm(U++U-);而實(shí)際運(yùn)放的共模抑制比K=Ad/Acm又不是無(wú)窮大，那么輸出信號(hào)就被共模增益Acm影響)。

反相比例放大器

如圖電路模型分析所示，同理根據(jù)運(yùn)放虛斷虛斷特性分析，當(dāng)輸入U(xiǎn)i，那么電路滿足一個(gè)計(jì)算的公式，因?yàn)橥喽私拥?，根?jù)參考地電位則輸出一個(gè)反相的Uo，并且輸出與輸入的關(guān)系滿足一定的放大比例，比例系數(shù)還與負(fù)反饋的電阻與反相輸入的電阻有關(guān)。

同理需注意的是由運(yùn)放的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因?yàn)樾盘?hào)是從反相端輸入，那么應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)就是沒(méi)有共模信號(hào)的疊加。但是缺點(diǎn)也很明顯運(yùn)放的輸入阻抗就是Ri，明顯Ri不是無(wú)窮大，并且Ri與運(yùn)算放大比例系數(shù)有關(guān)，在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)受到限制(通常前級(jí)會(huì)加上一個(gè)電壓跟隨器解決這個(gè)問(wèn)題)

電路仿真

以上總結(jié)了集中運(yùn)放的基本分析和基本的優(yōu)缺點(diǎn)，但是這樣的知識(shí)點(diǎn)學(xué)起來(lái)未免也太生硬了，我們最終的目的還是要應(yīng)用在實(shí)際工作中。還是用電路仿真來(lái)更加直觀的看看電路是如何把信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算和放大的。如下搭建一個(gè)反相的運(yùn)放電路，根據(jù)分析的公式，可以調(diào)整反饋網(wǎng)絡(luò)，將輸出增益設(shè)置成10倍即Rf/Ri=10，并且再進(jìn)一步既然輸出的信號(hào)是反相的，那么我再搭一個(gè)增益比例為1倍的運(yùn)放將信號(hào)再反相回來(lái)，我們來(lái)驗(yàn)證一下這個(gè)電路的效果;

如右邊兩個(gè)輸出波形所示，輸入幅值1V的方波信號(hào)，第一次反相放大10倍輸出，再反相1倍最終輸出10V的方波。

總結(jié)

那么今天簡(jiǎn)單的把比例運(yùn)放的基本電路模型淺層的分析了一下，也就是基于簡(jiǎn)單的電路分析KVL,KCL，運(yùn)放在負(fù)反饋下的特性等等，當(dāng)然自身水平有限，分析的方式都是從基礎(chǔ)的角度來(lái)的，所以我的筆記都會(huì)盡量總結(jié)成自己能夠理解的形式，其中有理解不對(duì)的地方還請(qǐng)指出，覺(jué)得有幫助的同學(xué)也點(diǎn)個(gè)贊吧。