運(yùn)算放大器的應(yīng)用電路

可提前了解的文章：運(yùn)算放大器(運(yùn)放)介紹

注意，此處我們采用的是Multisim軟件仿真 ，鏈接中有詳細(xì)安裝教程。

注意：仿真只是數(shù)學(xué)運(yùn)算，實(shí)際情況的話，就不是數(shù)學(xué)運(yùn)算那么簡(jiǎn)單，有很多復(fù)雜的因數(shù)在里面。所以具體情況要參照實(shí)際電路搭建。比如說(shuō)，之前我們搭建蔡氏電路的時(shí)候，明明1700歐左右就能產(chǎn)生雙周期的波形，但是按照仿真搭建的電路，具體確實(shí)1430歐左右才產(chǎn)生雙周期的波形。這是需要注意的!!!

同向放大電路

Multisim器件打開位置

如下為相應(yīng)器件位置。

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因?yàn)長(zhǎng)M358P內(nèi)部是存在兩個(gè)運(yùn)放的，所以彈出的選項(xiàng)點(diǎn)擊A還是B都可以。

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同向放大電路圖分析

同向放大原理

首先我們需要知道運(yùn)放電路存在虛斷(不清楚的可以看運(yùn)算放大器(運(yùn)放)介紹)，所以說(shuō)Vp和Vn之間不存在電流，因此R2和R1是串聯(lián)的，流經(jīng)R2的電流和流經(jīng)R1的電流是一樣的。于是我們可以列方程，最后可以得出。

之前我們介紹過，當(dāng)負(fù)反饋存在的時(shí)候，運(yùn)放一般會(huì)處于線性區(qū)(說(shuō)一般的原因是有可能輸入電壓*放大倍數(shù)已經(jīng)超過了飽和電壓，例如輸入電壓5V，放大倍數(shù)3，飽和電壓12V，那么就不是處于線性區(qū)。)。又因?yàn)樵诰€性區(qū)間存在虛短，那么Vp=Vn。因此得出，于是，我們帶入R2=10K，R1=5K，Vp=3.3V既可以得出此電路的放大效果為3倍，輸出電壓值為9.9V。

阻值選擇

但是我們就會(huì)有人會(huì)想，為什么設(shè)置的是10k和5k呢?10歐和5歐不行嗎?既然10歐和5歐不行，那么10M和5M呢?詳情看運(yùn)算放大器(運(yùn)放)介紹中的 輸出端負(fù)載阻值影響部分。

如果不想看，直接說(shuō)結(jié)論，我們外接的電阻盡量以千歐作為單位最佳。

同向放大電路運(yùn)用——電壓跟隨器

首先，我們拋出一個(gè)問題。如果一個(gè)信號(hào)源Vs內(nèi)阻很大，有100k，而我們需要被驅(qū)動(dòng)的負(fù)載只有1k。根據(jù)電阻分壓原理，我們可以得出負(fù)載電壓Vo為，

很明顯最后負(fù)載上所得到的電壓非常小。那么我們就可以利用電壓跟隨器來(lái)讓信號(hào)源的電壓Vs全部到負(fù)載上。

我們已經(jīng)知道了同向放大電路的公式為，那么我們?nèi)绻枰鲆粋€(gè)電壓跟隨器只需要讓R2為0，R1為無(wú)窮大即可。當(dāng)短路時(shí)，電阻為0，斷路時(shí)，電阻無(wú)窮大。那么我們就可以畫出下面的電路。

但是有人會(huì)問了，如果只讓R2=0，保留R1，不任然有電壓跟隨的效果嗎? 是的，的確有電壓跟隨效果，但是沒有必要而且徒增麻煩，也增加成本。因?yàn)槲覀冎?，運(yùn)放的外接電阻不能過大，不能過小(運(yùn)算放大器(運(yùn)放)介紹中 輸出端負(fù)載阻值影響有詳解)。如果我們選擇錯(cuò)了電阻，會(huì)導(dǎo)致跟隨效果出問題。就算選擇對(duì)了，增加成本，何必呢?

因?yàn)殡妷焊S器具有幾乎無(wú)窮大輸入電阻，無(wú)窮小輸出電阻，所以常常把他作為阻抗變換器，在高阻電壓信號(hào)源和低阻負(fù)載中，起到隔離作用。故電壓跟隨器又稱緩沖器或隔離器。

總結(jié)

⑴同向放大電路公式

⑵選擇外接電阻以千歐為單位

⑶電壓跟隨器可以起到在高阻電壓信號(hào)源和低阻負(fù)載中，起到隔離作用。

反向放大電路

Multisim中操作注意事項(xiàng)

⑴我們需要注意，選中運(yùn)放的時(shí)候一般都是正向輸入端在上面，反向輸入端在下面。如果我們想調(diào)整兩個(gè)位置，可以按Alt+Y，進(jìn)行以Y坐標(biāo)軸對(duì)稱變換。

⑵當(dāng)我們以Y軸進(jìn)行對(duì)稱變換的時(shí)候，需要注意此時(shí)上方是接負(fù)壓，下方接正電壓。否則運(yùn)行的時(shí)候會(huì)報(bào)錯(cuò)。

反向放大電路圖分析

反向放大原理

首先我們看Vp，可以知道他是直接接地的，所以Vp=0V，又因?yàn)檫\(yùn)放處于線性區(qū)的時(shí)候存在虛斷，那么Vp≈Vn≈0V，此時(shí)我們把Vn≈0V的現(xiàn)象稱之為虛地 。

因?yàn)檫\(yùn)放存在虛斷，所以說(shuō)運(yùn)放的反向輸入端沒有電流，可以列公式，因?yàn)閂n≈0V，所以可以解出，我們帶入R2=R1=5k可以得出此刻為等比反向放大電路。

利用反向放大電路實(shí)現(xiàn)電壓同向等比縮小

首先我們知道了反向放大電路的公式為?，那么我們可以先將V2反向縮小0.6倍，再進(jìn)行一次等比反向放大。這樣最終就輸出了3V的電壓。

總結(jié)

⑴反向放大電路公式(注意，這個(gè)R1R2可能因?yàn)橛行系碾娐穲DR1R2跟我擺放是相反的，最后顯示的是，但是我們需要知道公式是一樣的)

⑵可以利用兩個(gè)反向放大電路實(shí)現(xiàn)同行等比縮小。

求和電路

上方就是一個(gè)求和電路。依舊是根據(jù)虛短可知Vn≈Vp≈0。

由于虛斷可知，i1+i2≈i3。因此列方程，結(jié)合兩個(gè)公式可得到，。

帶入數(shù)值R1=10K,R2=5K,R3=10K，V1=V2=3.3V。最后可以求出Vo的值應(yīng)該為-9.9V。這個(gè)時(shí)候有人會(huì)有疑惑，這不是沒有求和啊，Vo還變成負(fù)數(shù)了。要做改變很簡(jiǎn)單，R1=R2=R3，然后在后面加一個(gè)反向等比放大即可。

求差電路

依舊是先虛短Vn≈Vp。

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再虛斷列出兩個(gè)公式：?結(jié)合三個(gè)公式可以得出，，當(dāng)R1=R2=R3=R4的時(shí)候，我們可以得出Vo=Vp-Vn。

積分電路

Multisim函數(shù)發(fā)生器打開位置

下面我的示波器兩個(gè)都連接了，為了區(qū)分AB兩個(gè)波形，我將原來(lái)波形B設(shè)置為白色，通過運(yùn)放處理后的波形為紅色。先右擊B這條線——>點(diǎn)擊Segment color——>點(diǎn)擊中間的白色——>點(diǎn)OK即可。

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積分電路圖分析

積分電路原理及三角波產(chǎn)生

依舊是先虛短Vn≈Vp≈0。因?yàn)?a href="http://www.wenjunhu.com/tags/電容/" target="_blank">電容公式。

再虛斷，i1≈i2=。

結(jié)合可得，。

當(dāng)輸入電壓Vi為階躍信號(hào)方波時(shí)，Vi為定值。最后可以得出，。

我們首先利用函數(shù)發(fā)生器輸出一個(gè)1KHZ頻率，占空比為50%，峰值為10V的方波，設(shè)置如下。

之后運(yùn)行結(jié)果如下

首先開白色的線，半個(gè)周期是500us，意思是一個(gè)周期就算1ms，表明函數(shù)發(fā)生器是正常輸出了一個(gè)1KHZ的方波。然后看紅色的線，他的這個(gè)斜率為10.211V/500us=10.211V/0.0005S≈20000。我們?cè)賹=100nf,R4=5K，V1=10V帶入，發(fā)現(xiàn)數(shù)值與20000一樣。