帶你理解運(yùn)算放大器

對于運(yùn)放的使用，存在著一些經(jīng)典常用的應(yīng)用電路，這個(gè)其實(shí)網(wǎng)絡(luò)上已經(jīng)有大量的文章做記錄總結(jié)了，作為電子工程師必備的知識，我自己也覺得有必要用一篇文章來做個(gè)記錄總結(jié)。

本文的電路分析都是基于上面推薦博文來進(jìn)行的，如果有朋友不懂為什么還望先查看上面的博文《帶你理解運(yùn)算放大器》。

一、電壓跟隨器

電壓跟隨器，電路圖如下：

電路分析：

（本文所有的運(yùn)放電路分析， V+ 表示運(yùn)放同向輸入端的電壓，V- 表示反向輸入端的電壓 。）

Vout = V- ≈ V+ = Vin

? Vout ≈ Vin

1.1 電壓跟隨器反饋電阻需不需要？

在上面的電壓跟隨器示例中，我畫上了一個(gè)反饋電阻 R99，大家在學(xué)習(xí)的運(yùn)放的時(shí)候，可能很多地方也會(huì)提一下這個(gè)反饋電阻，很多地方會(huì)說可加可不加，效果一樣。

電阻需不需要加：

但是本文這里個(gè)人建議使用電壓跟隨的的時(shí)候反饋電阻要加上！

至于原因，簡單來說就是可以防止干擾，讓電路更穩(wěn)定。

電阻需要加多大：

幾百歐姆 到 10K 之內(nèi)。

二、反向比例電路

2.1 反向比例基本電路

最簡單的反向比例運(yùn)放電路，如下圖：

分析：

V+ 接 GND

? V- ≈ V+ = 0

R1 和 R99 上電流一樣：

? ( Vin - V- ) / R1 = ( V- - Vout ) / R99

? Vin / R1 = - Vout / R99

? Vout = - (R99 / R1)* Vin

運(yùn)放的對稱性說明

在上圖中有一個(gè) Rx 稱之為直流平衡電阻， 實(shí)際設(shè)計(jì)的時(shí)候電阻大小應(yīng)滿足公式：

Rx = R1 // R99

簡單來說為了使內(nèi)部的差分放大器盡量處于平衡狀態(tài)，提高電路的共模抑制比和減小零漂。

所以在本文后面電路的介紹時(shí)候，都會(huì)按照這個(gè)原則。

2.2 T型反饋網(wǎng)絡(luò)

其實(shí) T 型反饋和上面反向比例基本電路一樣，只不過多加了一個(gè)簡單電路分析的工作而已，這個(gè)以前在筆記本上，那也記錄一下把。

分析：

這個(gè)電路有必要把電流流向標(biāo)注一下，如下圖：

V+ 接 GND

? V- ≈ V+ = 0

R1 和 R98 上電流一樣：i1 = i98

? ( Vin - V- ) / R1 = ( V- - Vx ) / R98

? Vin / R1 = - Vx / R98

? Vx = - (R98 / R1) Vin

R99 上的電流 = R98 上的電流 + R97 上的電流

? i99 = i98 + i97

?（Vx - Vout）/ R99 = (V- - Vx) / R98 + (0 - Vx) / R97

其中 V- = 0， 再把 Vx 代入公式

? Vx/R99 - Vout/R99 = -Vx/R98 - Vx/R97

?- R98 * Vin / R1 * R99 - Vout / R99 = R98 * Vin / R1 * R98 + R98 * Vin / R1 * R97

?- Vout / R99 = Vin / R1 + R98* Vin / R1 * R97 + R98 * Vin / R1 * R99

?- Vout / Vin = R99 / R1 + R98 * R99 / R1 * R97 + R98 / R1

? Vout = - Vin * ( R99 / R1 + R98 * R99 / R1 * R97 + R98 / R1)

算死我了 = =！后面的電路不這么算了，直接給出最終結(jié)果把，因?yàn)楹芏喽际墙?jīng)典的電路，自己不需要過多的算，大家應(yīng)用起來也能找到最終的公式。

上面的分析我只是用了一種計(jì)算方式，這里推薦一篇博文，關(guān)于 T 型反饋網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算方法：

運(yùn)算放大器的應(yīng)用之：T形電阻網(wǎng)絡(luò)公式的三種推導(dǎo)方法

T 型反饋網(wǎng)絡(luò)的用途：

為了避免一味的增加反饋電阻而導(dǎo)致的干擾，使用 T 型網(wǎng)絡(luò)可以在不增加反饋電阻的情況下保證放大倍數(shù)，其實(shí)就是增加放大倍數(shù)的另外一種辦法，增加反饋電流。

三、同向比例電路

同向比例電路也是比較簡單的常用的基本電路之一，電路如下：

分析：

V+ = Vin

R1 和 R99 電流相等：

? (Vout - V-) / R99 =( V- - 0) / R1

? Vout = R99 * V- / R1 + V-

? Vout = [1 + (R99 / R1)]Vin

.

Rx = R1 // R99

3.1 同向比例與反向比例的對比

既然同向比例運(yùn)算電路也值么好算，而且還不用取反，那么為什么還需要反向比例運(yùn)放電路呢？

這就不得不說一下他們各自的特點(diǎn)：

同向比例電路的優(yōu)點(diǎn)：

輸入阻抗高，對輸入信號的干擾很小，信號源內(nèi)阻的影響基本上可以忽略不計(jì)，典型應(yīng)用作為電壓跟隨器使用

缺點(diǎn)：

容易產(chǎn)生自激振蕩，輸入端有一定的共模電壓，這個(gè)共模電壓是我們不想要的，使用時(shí)候需要運(yùn)放具有較高的共模抑制比。

反向比例電路的優(yōu)點(diǎn)：

輸入電壓為零，因?yàn)檫\(yùn)放輸入的共模電壓越小越好，反向比例只存在差模信號，抗干擾能力強(qiáng) 。

缺點(diǎn)：

輸入阻抗小，那么信號源的內(nèi)阻就不能忽略。

當(dāng)需要較大的放大倍數(shù)時(shí)，在反饋電阻不變的情況下（因?yàn)榉答侂娮枰膊皇窃酱笤胶茫┹斎腚娮杈鸵x擇的更小，信號源的內(nèi)阻就越不能忽略，對輸出的影響就越大。

四、加減運(yùn)算電路

上面幾個(gè)電路是運(yùn)放最基礎(chǔ)最常用的電路，接下來也是一些常用電路，但是博主自己一般來說用得都比較少，所以我們這里目前只做基礎(chǔ)記錄，后期用到的時(shí)候再來詳細(xì)的分析。

4.1 反向求和電路

分析：

R1上的電流 + R2電流 + R3 電流 = R99 電流：

? (V- - Vout) / R99 =( Vin1 - V-) / R1 + ( Vin2 - V-) / R2 + ( Vin2 - V-) / R3

? - Vout / R99 = Vin1 / R1 + Vin2 / R2 + Vin3 / R3

? Vout = - R99 * (Vin1 / R1 + Vin2 / R2 + Vin3 / R3)

.

Rx = R1 // R2 // R3 // R99

.

假如 R99 = R1 = R2 = R3

? Vout = -（Vin1 + Vin2 +Vin3）

4.2 同向求和電路

分析：

這里暫時(shí)不分析了，自己一點(diǎn)一點(diǎn)算發(fā)現(xiàn)好費(fèi)時(shí)間也好累 = =！包括本文后續(xù)的電路也只是記錄

容我展緩一下，這里記錄一下

Vout = （ Ra // Rb // Rc // Rx / R1 // R99）* R99 * ( Vin1 / Ra + Vin2 / Rb + Vin3 / Rc)

.

如果 Ra // Rb // Rc // Rx = R1 // R99 ，根據(jù)我們上面的運(yùn)放對稱性說明，一般都會(huì)這么設(shè)計(jì)

所以 Vout = R99 * ( Vin1 / Ra + Vin2 / Rb + Vin3 / Rc)

再假設(shè)， R99 = Ra = Rb = Rc

? Vout = Vin1 + Vin2 +Vin3

4.3 加減電路

既然上面有加法，減法，下面看一個(gè)加減法在一起的電路：

分析：

記錄：

運(yùn)放的對稱性

? R1 // R2 // R99 = R3 // R4 // Rx

. 結(jié)果

Vout = R99 * （ Vin3 / R3 + Vin4 / R4 - Vin1 / R1 - Vin2 / R2）

五、積分電路

積分電路其實(shí)很有用途，以后還回來詳細(xì)的補(bǔ)充說明，本次就先淺淺記錄一下：

分析：

記錄：

電容上的電壓等于流過其電流的積分

Vout = - 1 / C ∫ i5 dt

C5 電流 和 R1 電流相等

? i5 = i1 = Vin / R

? Vout = - (1 / RC ) ∫ Vin dt

.

Vout = - (1 / RC) * Vin對時(shí)間 t 的積分

積分電路的用途：

將方波變成三角波

去除高頻干擾

移相

在模數(shù)轉(zhuǎn)換中，將電壓量變?yōu)闀r(shí)間量

在使用積分電路的時(shí)候，為了防止低頻信號增益過高，常在電容上并聯(lián)一個(gè)電阻。

六、微分電路

微分電路就是把積分電路的 RC 調(diào)換位置：

分析：

記錄：

Vout = - R * C * d Vin / dt

.

乘積 R C 稱為微分器的時(shí)間常數(shù)

負(fù)號表示輸入和輸出之間存在 180° 的相移

說明：

微分電路對高頻噪聲特別敏感

微分電路的用途：

微分電路可把矩形波轉(zhuǎn)換為尖脈沖波，主要用于脈沖電路、模擬計(jì)算機(jī)和測量儀器中。

結(jié)語

本文也算是把老早筆記本上記錄的一些常用運(yùn)放電路給記錄了一下，也加上了一些細(xì)節(jié)說明。

因?yàn)闀r(shí)間和精力問題，后面的一些電路主要以記錄為主，也沒有真正的去研究計(jì)算，前面的一些電路我真的是用筆在草稿紙上一點(diǎn)一點(diǎn)算的，累死我了 = =！

經(jīng)常看我文章的小伙伴都知道，我的文章會(huì)隨著自己新發(fā)現(xiàn)或者新認(rèn)知保持著更新。

那么本文就暫時(shí)到這里把，謝謝大家！

原文鏈接：

https://blog.csdn.net/weixin_42328389/article/details/129753484