從零學(xué)運(yùn)放—17運(yùn)放開發(fā)板差分放大電路仿真
我們今天做下，差分放大相關(guān)幾個(gè)常用電路的仿真。
1、差分放大，雙電源供電直流信號(hào)
仿真圖下
只要涉及到雙電源供電，直流信號(hào)相對(duì)來說很容易的，左邊輸入10mV信號(hào)，我們看下仿真。
我們輸入的反相端是10mV，同相端是0伏，因?yàn)榉聪喽说碾妷焊?，所以它輸出的是?fù)壓，然后放大10倍，那么理論應(yīng)該是負(fù)100mV的輸出，但是我們看到是負(fù)67.158毫伏，為什么呢？來我們把仿真電路變化一下，如下圖。
這里我們把反相輸入端和同相輸入端同時(shí)輸入相等的直流信號(hào)看下。仿真結(jié)果如下圖
我們看到，在輸入信號(hào)相等時(shí)，我們的輸出還有35.891mV的輸出，這個(gè)輸出結(jié)果是由于我們運(yùn)放自身的失調(diào)電壓放大導(dǎo)致的結(jié)果，LMV821系列的芯片失調(diào)電壓在1mV—5mV之間的，所以從這個(gè)放大出來的結(jié)果看，失調(diào)電壓處在3.5mV這個(gè)位置左右。
那么我們上邊的負(fù)壓其實(shí)就是受這個(gè)失調(diào)電壓的影響，那么我們可以知道上邊是-67.158，如果再加上這個(gè)偏置電壓導(dǎo)致的誤差也就是100mV左右了。當(dāng)然這其中還有偏置電流的誤差參雜在里邊。注意失調(diào)電壓是導(dǎo)致放大結(jié)果增大。
我們可以下去分別把相應(yīng)的端增大或者降低，不過差值放大出來的必須要小于我們的電源軌，也就是輸入輸出必須有個(gè)范圍的。
2、差分放大，單電源供電直流信號(hào)
這個(gè)電路跟前面電路的差異就是電源上的差異，前面的是正負(fù)雙電源，這個(gè)是5伏的單電源，那么這里就要注意了，一定要保證負(fù)相端電壓不能高于正相端電壓，運(yùn)放才能輸出，因?yàn)槭菃坞娫垂╇娐?，是不能輸出?fù)壓的。
仿真電路如下。
下圖是仿真結(jié)果，10mV的差分放大
結(jié)果是132毫伏往上，那么這個(gè)32毫伏主要是因?yàn)檫\(yùn)放自身的失調(diào)電壓被放大導(dǎo)致的。一定要注意，這里同相端輸入必須大于反相端，否則是沒有輸出的，因?yàn)槭菃坞娫垂╇?。大家可以下去試試?/p>
3、差分放大，雙電源供電交流信號(hào)
這個(gè)電路跟前邊的電路區(qū)別就是，兩個(gè)耦合電容的加入，我們來看下，下邊是仿真電路。
這里我們反相端是個(gè)20mV的輸入，同相端是100mV的輸入，那么差值是80mV，放大10倍，那就是800mV這樣一個(gè)理論值，我們看下實(shí)際波形。
我們看到實(shí)際輸出是798mV左右，這個(gè)誤差還是蠻小的，因?yàn)槭请p電源供電的，所以說同相端可以比反相端大，反相端也可以比同相端大，這個(gè)都沒有關(guān)系的。
這個(gè)電路跟前兩個(gè)電路單電源直流信號(hào)和雙電源直流信號(hào)區(qū)別就是多了兩個(gè)耦合電容進(jìn)來，其它沒有區(qū)別（還有一個(gè)區(qū)別信號(hào)源不一樣）。
4、差分放大，單電源供電交流信號(hào)
仿真電路圖如下
那么我們這里犧牲了一路運(yùn)放，來給同相端提供了一個(gè)偏置電壓源，這個(gè)的好處是1、做了隔離，2、降低了輸入阻抗的影響。同樣同相端給100mV，反相端給20mV我們來看下波形。
圖中恰好有個(gè)2.5伏的偏置點(diǎn)，因?yàn)橐粋€(gè)Div是1伏，那么靜態(tài)工作點(diǎn)恰好在這個(gè)2.5伏上。放大后的值是796mV，差不多也是800mV稍微有那么一點(diǎn)誤差。R4下邊我們給了一個(gè)2.5伏，就是說它是單電源供電，進(jìn)來之后讓這個(gè)信號(hào)工作電源的中間，我們是5伏供電，我們讓他工作在2.5伏，那么這個(gè)2.5伏怎么去給？是通過兩個(gè)電阻分壓，經(jīng)過一個(gè)跟隨器這樣給到R4這一端。
有人會(huì)問不用跟隨器可不可以，那我們來測(cè)試下。仿真電路如下圖
誒！我們發(fā)現(xiàn)，我們不加跟隨也是可以的。但是我們?cè)趯?shí)際的工作中，最好加跟隨，因?yàn)榧痈S是肯定最好的方式。
那么如果通過電阻分壓給偏置，如果是反饋那一端的話，一定要加跟隨的，如果兩個(gè)電阻分壓供給反相端偏置，這兩個(gè)電阻分壓出來的內(nèi)阻會(huì)參與到網(wǎng)絡(luò)中，增益會(huì)無法計(jì)算，所以說我們?cè)谌魏螘r(shí)候，要有意識(shí)的把跟隨加上。
一個(gè)典型的例子就是我們?cè)谕喾糯?，單電源供電交流信?hào)電路2反饋端提供的偏置電壓就必須用跟隨器來提供。
5、可以做的測(cè)試
以上就是我們板子上電路的仿真課程。
接下來說下我們?cè)诎遄訉?shí)際測(cè)試的時(shí)候我們可以測(cè)試的一些內(nèi)容。
1、對(duì)運(yùn)放電源供電紋波的測(cè)試，我們拿同相放大雙電源供電直流信號(hào)電路來說下。我們可以測(cè)下如下圖兩點(diǎn)的紋波做下對(duì)比。
在實(shí)際測(cè)試中呢，電源沒有經(jīng)過RC濾波之前電源紋波大概是40mV，經(jīng)過RC濾波之后是8mV。電源負(fù)端我們也可以去測(cè)下，對(duì)紋波做個(gè)比較。
2、我們實(shí)際去理解下，什么叫虛短和虛斷。我們實(shí)際的測(cè)試一下反相端和同相端的電壓。如下圖點(diǎn)位
就是說經(jīng)過實(shí)際的測(cè)試，這兩個(gè)端的電壓是大概的相近的，不是完全相等的。就是說器件它是相近的值不是完全相等的值。就是說我們經(jīng)過實(shí)際的測(cè)試來理解下虛短概念。
3、測(cè)試下運(yùn)放的失調(diào)電壓，那怎么測(cè)呢？我們還是以上邊電路為例。同相端電阻（9.1K）接地（這個(gè)電阻就是替換R3就可以），把C5電容去掉，R13斷開，然后我們?nèi)タ聪峦ㄟ^這個(gè)電阻下拉接地，放大10倍的話，輸出電壓為多少？如下圖
然后輸出電壓假如是30mV的話，放大10倍，那么30/10,那么失調(diào)電壓就是3mV，我們測(cè)下實(shí)際的值跟芯片手冊(cè)做個(gè)對(duì)比。
4、我們做一個(gè)增益帶寬積的測(cè)試，這里我們用同相放大，雙電源供電交流信號(hào)這個(gè)電路。我們放大倍數(shù)是10倍，固定一個(gè)信號(hào)，比如我們固定100mVpp，我們?nèi)プ冾l率1K10K 100K 1M然后我們?nèi)タ?，幅值不變，頻率在變?nèi)缓罂摧敵?，然后什么時(shí)候它會(huì)失真，然后和手冊(cè)做對(duì)比。
6、項(xiàng)目分享
6.1、項(xiàng)目1
12伏檢測(cè)電路，對(duì)于大的直流信號(hào)沒有要求，那么我們可以用LMV358這個(gè)芯片。
12伏通過電阻R103和R104進(jìn)行分壓進(jìn)入運(yùn)放，分成2伏然后給運(yùn)放同相端做個(gè)跟隨，然后直接輸入給單片機(jī)采集，因?yàn)檫@個(gè)358芯片它其實(shí)是2通道的，還有一路這里做了兼容，把ADC_IN1給到另一路運(yùn)放，然后做一個(gè)差分放大，其實(shí)是沒有放大應(yīng)該算是抑制共模干擾。然后輸給單片機(jī)的另一個(gè)腳。這個(gè)對(duì)初學(xué)者還是比較難的，第一個(gè)是同相放大器，第二個(gè)是差分放大器。
這里的TVS管加不加都是沒有關(guān)系的（D18），因?yàn)楣╇娋?.3伏，單片機(jī)輸入引腳也是可以達(dá)到3.3伏的，而且這種管子容易壞，但是加是有好處的，如果輸入端R104漏焊了，那么這個(gè)12伏就進(jìn)到運(yùn)放了，不僅壞了芯片，單片機(jī)也會(huì)燒毀的。
6.2、項(xiàng)目2
如果大家做過工控儀表的話，這個(gè)電路可能會(huì)用的到，箭頭處框出是一個(gè)產(chǎn)生恒流源電路，產(chǎn)生一個(gè)0.5mA的恒流源，其實(shí)像我們?cè)诠ぷ髦?，比如電壓轉(zhuǎn)電流這種形式是比較多的。
這個(gè)電壓轉(zhuǎn)電流的電路是常用的，它是從差分放大電路演變過來的。
7、電壓電流轉(zhuǎn)換電路
這里的RL反饋電阻變成了負(fù)載，它的電流就是IN的輸入電壓除以RS這個(gè)電阻就是這個(gè)電路的恒流。但是這種類型的幾乎不用的，缺點(diǎn)就是負(fù)載浮地。
這是反相的電壓電流轉(zhuǎn)換電路。RL反饋電阻變成了負(fù)載，就是說流過這個(gè)負(fù)載的恒流是輸入電壓除以RS電阻就是流過RL負(fù)載上的電流，那么怎么計(jì)算呢？
還是通過虛短和虛斷，我們同相端0伏，反相端也是0伏，RS和RL中間點(diǎn)電壓也是0伏，然后流過RS和RL(負(fù)載電阻)上的電流是一樣的。我們求出RS上電流也就求出了RL上的電流，也就是這個(gè)電路上的恒流。
這種電壓轉(zhuǎn)電流轉(zhuǎn)換電路，對(duì)我們分析電路是非常有幫助的。這種電路用的也特別少。
到此本章內(nèi)容結(jié)束！
