從零學(xué)運(yùn)放—16運(yùn)放開(kāi)發(fā)板反相放大電路仿真

我們今天來(lái)做下反相放大相關(guān)電路的仿真。

1、反相放大，雙電源供電直流信號(hào)

首先我們輸入的是100mV的直流信號(hào)，放大倍數(shù)是10倍，注意同相放大最小就是1倍，那么反相放大的放大倍數(shù)是R4/R1=100K/10K=10倍，因?yàn)槭欠聪喾糯?，所以輸出?yīng)該是個(gè)負(fù)值，相位轉(zhuǎn)了180度，正的就變成負(fù)的了，那么我們這里看到理論上放大后的信號(hào)應(yīng)該是負(fù)1伏，但是實(shí)際上放大后的數(shù)值要比負(fù)1還要小時(shí)-1.008V，有個(gè)8mV的差值，

因?yàn)檫\(yùn)放本身有失調(diào)電壓，這個(gè)是對(duì)失調(diào)電壓的一個(gè)放大，還有一個(gè)是Ib電流，那么在R2上產(chǎn)生的壓降進(jìn)行了放大。

那么我們來(lái)改下這個(gè)R2電阻，當(dāng)我們改到87.9999K歐姆的時(shí)候，已經(jīng)很接近理論放大倍數(shù)了，如下圖

注意：我們放大的時(shí)候有個(gè)90ms的延遲，也就是說(shuō)90ms秒之前我們的輸出是到電源軌的，也就是有個(gè)穩(wěn)態(tài)的過(guò)程。如下圖

R2是匹配電阻，它的值是R1并上R4的并聯(lián)值。那么R1和R4的并聯(lián)值是91K那么我們看下91K歐姆的匹配電阻輸出是多少（準(zhǔn)確匹配放大），如下圖

我們看到還是有1mV的差距，那么這個(gè)差距應(yīng)該就是失調(diào)電壓的放大，因?yàn)槲覀冞@里沒(méi)有對(duì)失調(diào)電壓進(jìn)行處理。

我們?cè)谠O(shè)計(jì)運(yùn)放電路，首先我們第一件事情要看信號(hào)是什么，是直流還是交流，我們確定了信號(hào)源類(lèi)型之后，我們?cè)俅_定是單電源還是雙電源供電，雙電源相對(duì)來(lái)說(shuō)簡(jiǎn)單，單電源相對(duì)來(lái)說(shuō)復(fù)雜一些，然后確定是同相還是反相還是差分放大電路。

這就說(shuō)我們?yōu)槭裁匆堰@12個(gè)基本的放大電路拿出來(lái)讓大家學(xué)習(xí)，這就是套路，根據(jù)上邊步驟往上套就行。這就是為什么要學(xué)習(xí)這12個(gè)放大電路，這就是價(jià)值所在。

那么我們平時(shí)就要注意了，其實(shí)運(yùn)放的放大就目前的仿真來(lái)看，它是受輸入偏置電流和輸入失調(diào)電壓的影響的，所以這個(gè)我們1、需要外圍電路器件的調(diào)參來(lái)盡量的抵消掉，2、經(jīng)過(guò)軟件的處理來(lái)消除掉這個(gè)誤差。

我們上邊是雙電源供電，直流信號(hào)，接著我們就要考慮雙電源供電我們要考慮運(yùn)放哪些參數(shù)，首先要考慮失調(diào)電壓，偏置電流（最基本參數(shù)），那么R2這里我們就考慮了它的偏置電流，因?yàn)槠秒娏饕鸬恼`差。

2、反相放大，單電源供電直流信號(hào)

這個(gè)是沒(méi)有做在實(shí)驗(yàn)板上，我們根據(jù)信號(hào)類(lèi)型，電源類(lèi)型分出了這么幾個(gè)放大電路，其實(shí)我們分配12個(gè)電路，同相4個(gè)，反相有4個(gè)，差分有4個(gè)，而實(shí)際為什么同相有5個(gè)，反相有3個(gè)，差分有4個(gè)？

同相有5個(gè)是因?yàn)?，在同相放大單電源交流信?hào)的時(shí)候，它有兩種基本的電路結(jié)構(gòu)，所以同相放大有5種；那為什么反相放大有3個(gè)？

是因?yàn)閱坞娫垂╇娭绷餍盘?hào)的時(shí)候，因?yàn)樗欠聪喾糯?，也就是相位反轉(zhuǎn)了180度，然而單電源供電反相放大電路，是輸出不了負(fù)壓的，運(yùn)放是輸出不來(lái)的，所以反相放大電路里沒(méi)有單電源供電直流信號(hào)這種電路，這種電路是用不到的，可以用但是是沒(méi)有人這樣用的。

3、反相放大，雙電源供電交流信號(hào)

仿真電路如下

首先我們看信號(hào)源是100mV，然后放大10倍，我們輸出的應(yīng)該是1伏的信號(hào)，我們來(lái)看下如下圖。

紅線是運(yùn)放的輸出引腳輸出波形，籃線是經(jīng)過(guò)C6之后的波形，就是說(shuō)A通道是運(yùn)放輸出的波形（紅色），B通道是過(guò)隔直電容后輸出的波形（藍(lán)色），我們看下兩個(gè)之間的差別是什么。

就是100mV放大10倍是1伏，經(jīng)過(guò)隔直電容之后它有個(gè)衰減，衰減有100mV左右，我們看下它靜態(tài)工作點(diǎn)并不準(zhǔn)確的工作在0伏上的，因?yàn)橹绷餍盘?hào)，我們就要考慮直流參數(shù)，我們?nèi)グ阉{(diào)整好。

R2這個(gè)電阻的取值等價(jià)與R1和R3串聯(lián)之后與R4并聯(lián)的值，那么我們改下R2這個(gè)電阻改成50K。

改了這個(gè)電阻之后，基本上它就工作在0伏靜態(tài)工作點(diǎn)上了，影響工作點(diǎn)飄移的是因?yàn)镮b經(jīng)過(guò)電阻R2產(chǎn)生的電壓，如果說(shuō)R2電阻值不等于R1和R3串聯(lián)然后并聯(lián)R4的值的話，然后Ib的影響不能被處理掉了，很明顯。

那么現(xiàn)在我們對(duì)Ib的處理之后，那么我們只剩下對(duì)失調(diào)電壓的處理，因?yàn)檫\(yùn)放芯片失調(diào)電壓相對(duì)來(lái)說(shuō)是小的，放大10倍飄移的也比較小，就是說(shuō)這里可以不管它。

大家看實(shí)驗(yàn)板的時(shí)候，所有的輸出不是都加了RC濾波嗎，C6處都是串的電阻（1、RC濾波，2、防止震蕩），然后這里接個(gè)電容行不行？無(wú)論是串電容還是穿電阻都是可以的，就是說(shuō)這個(gè)地方串電阻的話，那么輸出信號(hào)是帶直流偏置的，因?yàn)槲覀兲幚淼暮芎昧藛幔绷髌弥挥?mV，如果說(shuō)串電容的話，其實(shí)它對(duì)信號(hào)是有衰減的，所以用一個(gè)小點(diǎn)的電容，例如0.1uF的電容。

4、反相放大，單電源供電交流信號(hào)

它是單電源供電，處理交流信號(hào)，我們來(lái)看下仿真電路圖。

輸入是100mV的信號(hào)，放大10倍，那么的出來(lái)的應(yīng)該是1伏。仿真結(jié)果如下圖

那么看到它的上半周被截掉了，然后我們大概可以看出，正好是電源軌以上的部分，那么我們可以看到它的工作點(diǎn)是工作在5伏。也就是工作在電源軌。

但是我們實(shí)際上，我們給它的一個(gè)偏置是2.5伏的偏置（R2和R5分壓獲得），那它怎么會(huì)在工作在電源軌上呢？那么我們把R3去掉看下，如下圖。

放大接近1伏，大概放大了10被，它的靜態(tài)工作點(diǎn)也在2.5伏，為什么把這個(gè)電阻去掉它的靜態(tài)工作點(diǎn)就正常了呢？

我們來(lái)分析下，我們這個(gè)電路，同相端給了一個(gè)2.5伏的偏置電壓，反相端也給了一個(gè)（根據(jù)運(yùn)放的虛短和虛斷，我們可以判斷出，反相端也是2.5伏），因?yàn)镽3接地嗎，反饋端會(huì)通過(guò)R3將電流到地，那R4點(diǎn)的直流電壓是2.5伏乘以十一分之十，大概是2.27，那么R3上的電壓就是2.27伏，那R1電阻上的分擔(dān)的電壓是0.23，因?yàn)橛辛薘3這個(gè)電阻之后，直流信號(hào)的反饋它是有回路的，那么R4上邊點(diǎn)相當(dāng)于有一個(gè)0.23伏的直流信號(hào)，經(jīng)過(guò)運(yùn)放放大，放大10倍，那么我們輸出端就會(huì)有2.3伏的直流信號(hào)（因?yàn)榻?jīng)過(guò)運(yùn)放放大了），本身加上同相端的一個(gè)偏置2.5伏，那么輸出端的直流電壓就是4.8伏，這就是說(shuō)為什么加了R3電阻之后，輸出上半周會(huì)工作在電源軌，導(dǎo)致上半周被截掉。

解決方法，兩種方式：1、把R3電阻去掉（去掉就可以了，這個(gè)電阻去掉沒(méi)有什么影響的），2、把R3電阻阻值增大，把它變成1000KΩ，R1上的電阻分壓特別小，讓R3上的電壓盡可能接近2.5伏。

我們剛才是把電阻去掉了，剛好能輸出嘛，那我們把這個(gè)電阻增大看下結(jié)果。

我們看到這個(gè)波形已經(jīng)是正常的了，無(wú)非是靜態(tài)工作點(diǎn)往上偏了一點(diǎn)，因?yàn)槲覀兪墙涣餍盘?hào)，它稍微偏一點(diǎn)，不影響動(dòng)態(tài)輸出范圍，是沒(méi)有關(guān)系的。那么它稍微偏一點(diǎn)我們對(duì)它進(jìn)行個(gè)處理就可以了，那么R6換成一個(gè)很小的電容就可以了。換成電容如下圖

我們看到幾乎接近0這個(gè)靜態(tài)工作點(diǎn)上了。

5、總結(jié)

好，我們對(duì)反相放大三個(gè)放大電路的仿真已經(jīng)做完了，那么我們會(huì)發(fā)現(xiàn)直流信號(hào)，只要是雙電源是沒(méi)有什么難度的，稍微有點(diǎn)難度的，不好理解的單電源供電涉及到交流信號(hào)，因?yàn)閱坞娫唇涣餍盘?hào)的時(shí)候，需要偏置，那么偏置會(huì)把人搞的暈頭轉(zhuǎn)向，對(duì)于交流信號(hào)就是輸入偏置的調(diào)整（同相端、反相端），輸入/出動(dòng)態(tài)范圍，即便不在0伏，0伏中心偏移一點(diǎn)都沒(méi)有關(guān)系。

我們已經(jīng)有實(shí)驗(yàn)板了，為什么還去做仿真，不得不說(shuō)仿真是很方便的，只做仿真，不做測(cè)試會(huì)感覺(jué)是非常虛的，所以說(shuō)我們還是經(jīng)驗(yàn)需要用，需要?jiǎng)邮帧?/p>

有些情況，仿真是不能很好的表達(dá)出來(lái)，電源不能仿真，PCB不能仿真。就是我們知道怎么設(shè)計(jì)運(yùn)放之后，那么都是運(yùn)放之外的處理，PCB布線，對(duì)信號(hào)源的理解等，如果你掌握了運(yùn)放的設(shè)計(jì)套路之后，那么就游刃有余了。

運(yùn)放設(shè)計(jì)的套路就是，1、看信號(hào)，2、看電源，3、定電路結(jié)構(gòu)，4、選擇運(yùn)放芯片

如果是大的直流信號(hào)，不是小信號(hào)的話，其實(shí)是不用選運(yùn)放的，就是358就可以。更多的時(shí)候?qū)π⌒盘?hào)的處理需要花些心思，琢磨一下了。