学会虚断和虚短,运放电路就不难!
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什么是运算放大器
运算放大电路是模拟电路的精髓所在,起到信号放大的作用,设计不同的反馈网络,运算放大器可以实现加法、减法、微分和积分等数学运算功能。其功能强大,多级放大电路分析起来也有一定的难度。好在有方法可用,比如利用“虚短”和“虚断”分析运放电路。
运放电路分析方法
今天借助一个后台粉丝发的电路图,跟大家介绍以下虚断和虚短的用法。
同相比例运放电路
上图中,运放的同相端接的是一个电压基准芯片,电压为2.5V,负向端通过一个电阻R2接地,电阻R1构成反馈网络。从电路结构上很容易判断,这是一个同相比例运算放大电路。
虚短的使用方法
在运放电路中使用虚短分析问题时,是有条件的,运放需工作在放大状态,需要满足两个条件:
运放的开环增益足够大;
运放存在负反馈电路;
运放的输出Vo,放大增益G还有输入V+和V-存在如下的关系:
Vo = G×(V+-V1),Vo的最大值是不会超过供电电源的,要想增益G足够大,那么V+和V-的差值就要足够的小,小到一定程度就可以得出V+=V-,这就是虚短的由来。所以,上图中同相端是2.5V,那么负向端的输入也是2.5V。
虚断的使用方法
运放电路的输入阻抗非常大,以至于输入端流入的电流微乎其微,从而可以忽略不计,可以认为是断路的,实际上并没有断,叫做“虚断”。所以,流过电阻R2的电流和流过电阻R1的电流是相等的。即得到如下计算公式:
(Vo-2.5)/R1 = (2.5-0)/R2,由此得出Vo=2.5×(1+R1/R2)。
仿真结果
通过使用Proteus仿真软件可以查看仿真结果,搭建好的仿真电路如下所示。
搭建好的运放电路
正向端的2.5V直接用电源代替,LM358用24V供电,输出端接DC直流电压表。
当电阻R1/R2=1时,放大倍数为2倍,输出为5V,其仿真输出如下所示。
放大2倍时的输出
当电阻R1/R2=2时,放大倍数为3倍,输出为7.5V,其仿真输出如下所示。
放大3倍时的输出
当电阻R1/R2=3时,放大倍数为4倍,输出为10V,其仿真输出如下所示。
放大4倍时的输出
当电阻R1/R2=4时,放大倍数为5倍,输出为12.5V,其仿真输出如下所示。
放大5倍时的输出
当电阻R1/R2=11时,放大倍数为12倍,其仿真输出如下所示。
饱和输出
当放大倍数为11倍时,理论上运放会输出30V,但是运放的输出最大不会超过供电电压,而LM358不是轨到轨的运放,所以不会满幅输出,最大输出为比电源电压低1.5-2V左右,所以仿真输出22.5是正常的。
大家在用虚短和虚断分析运放电路时一定要注意虚短的使用条件,运放电路难计算但是并不可怕。欢迎大家关注本头条号:玩转嵌入式,获取更多电子知识。
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