運(yùn)算放大器是模擬電路的核心,要掌握好模擬電路并熟練運(yùn)用到設(shè)計(jì)中,掌握好運(yùn)算放大器的使用是必須的,同時(shí)對(duì)運(yùn)放的各參數(shù)的把握也是很重要的。
總體來(lái)說(shuō),運(yùn)放在分析中記住兩個(gè)特性,一個(gè)是虛短,一個(gè)是虛斷,這兩個(gè)概念是構(gòu)成各種應(yīng)用電路最核心的前提。虛短,是指運(yùn)放兩個(gè)輸入端之間的電壓近似短路,電壓相等。虛斷,是指運(yùn)放兩個(gè)輸入端之間的電流通道是斷開(kāi)的,輸入端之間沒(méi)有電流流過(guò)。有了這兩個(gè)概念,就可以分析所有形式的運(yùn)放電路。但值得注意的是,這兩個(gè)概念成立的條件是運(yùn)放需要構(gòu)成合理的負(fù)反饋,否則不成立。這里不多提運(yùn)放的基本知識(shí)。我在一次偶然的設(shè)計(jì)中,遇到電源電壓不夠的問(wèn)題,當(dāng)時(shí)運(yùn)放的電源電壓是正負(fù)15V,而我需要輸出0-25V的電壓,若用一般的運(yùn)放負(fù)反饋來(lái)做,則至多輸出0-15V范圍,但我想到對(duì)于-15V電壓,不就可以輸出0-30V電壓了?思路有了,便立即行動(dòng)起來(lái),繼續(xù)思考,其實(shí)問(wèn)題的關(guān)鍵不在于運(yùn)放能否輸出多少電壓范圍,而在于-15V的供電電壓本身也是有抖動(dòng)的,不夠穩(wěn)定,因?yàn)?15V電源電壓并不是嚴(yán)格的-15V,所以問(wèn)題出現(xiàn)了,我不能夠直接將運(yùn)放輸出的0-15V電壓疊加到-15V上,而必須將-15V電壓也引入到負(fù)反饋回路中去,于是一個(gè)思路形成,問(wèn)題的重點(diǎn)在于如何構(gòu)建合理的負(fù)反饋回路。最后形成如下所示的電路:
上圖中,U5為主運(yùn)放,由U6和U7一起構(gòu)成負(fù)反饋形成回路,最后由U5對(duì)-VCC輸出。R10為匹配電阻,整分分析過(guò)程中可以將其忽略。U7構(gòu)成1:1的反相放大器,對(duì)于U7,其輸出:
式中,由圖中參數(shù)R36=R33=100K,R31=190K,R32=10K得:U7out=-Uout/20。
U6構(gòu)成1:1的反相加法器,由R34=R37可以得到到U6反相輸入端的應(yīng)是兩個(gè)電壓之和:由于是對(duì)-Vcc輸出,所以:URL=Uout-(-Vcc)=20Uin。從而可以得到更大范圍的輸出,此時(shí)Uin必須>0,因?yàn)檩敵鲆巡豢赡転樨?fù),整個(gè)電路的輸出范圍由以前的-VCC到+VCC變成0到2倍VCC,并且整個(gè)過(guò)程均有負(fù)反饋穩(wěn)定輸出。
上面的設(shè)計(jì)最終滿(mǎn)足了要求,其關(guān)鍵在于將-VCC也引入到反饋回路中,使得輸出是對(duì)-VCC而言,而并非是對(duì)GND而言,于是增大了輸出范圍。上面的設(shè)計(jì)中,應(yīng)該注意的是構(gòu)成運(yùn)放比例運(yùn)算的電阻取值,應(yīng)該適當(dāng)偏大點(diǎn),否則可能會(huì)引起更大的失調(diào),而導(dǎo)致放大比例不準(zhǔn)確,參數(shù)不對(duì)稱(chēng)等問(wèn)題。其實(shí)運(yùn)放電路設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于反饋環(huán)路的設(shè)計(jì),如何引入反饋,如何產(chǎn)生反饋電壓,都是設(shè)計(jì)中非常值得考慮的。-
運(yùn)算放大器
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原文標(biāo)題:熟練運(yùn)用運(yùn)算放大器的心法
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