關於運算放大電路的基礎知識

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關於運算放大電路的基礎知識

發表於 2019-07-09 14:37:42

運放這個詞既熟悉又陌生，既簡單有不簡單，說它熟悉，是因為它的應用非常廣泛，經常聽說它，說它陌生，是因為運放內部的電路結構非常複雜，很難搞清楚。說它簡單，因為在設計運放電路時，可以避免電晶體電路的複雜參數計算，說它不簡單，因為很多時候運放並不理想，若按理想運放來設計電路，會導致結果錯誤。

1、什麼是運放

運放是運算放大器的簡稱。可以實現各種模擬電量的數學運算。但它不是用來做計算器上的加減乘除運算，而是在模擬信號處理過程中，可能需要將信號進行放大、加減乘除、積分、微分等操作。

①、運放的電路符號是：

pin 2、3為信號輸入、pin 4、7為電源輸入、pin 6為信號輸出。

②、輸入輸出關係：Uo = A * （Up-Un），A為運放的放大倍數，這個數值非常非常大，近似為無窮大，Up與Un幾乎相等。Uo，Up，Un為正常的數值。這個表達式初看太奇怪了，但是它確實那麼的有用，大大簡化了電路的設計，後面會慢慢解釋。

③、最重要的性質：「虛短」和「虛斷」

虛短：因為上面表達式中Up與Un幾乎相等，所以pin 2、3近似短路，但不是真的短路，所以叫虛短。虛斷：pin 2、3的輸入阻抗非常大，至少在1Mohm。所以可以認為Pin2、3上的輸入電流為零，所以叫虛斷。

2、反相比例運放電路

只要記住Uo = A * （Up-Un）和「虛短」、「虛斷」，理想運放的電路都能看懂。這裡先不要糾結為什麼會是這樣，有機會後面會介紹。這裡先介紹一個最簡單的運放電路：反相比例放大電路。

反相比例運放電路原理圖

①、根據虛斷原理，運放輸入端的兩個管腳輸入電流為零，所以不管R4阻值是多少，都有Up=0；②、根據虛短原理，Un=Up，所以Un也等於零。③、根據基爾霍夫定理就可以求出：Uo=-Rf/R1 * Ui

反相比例運放仿真結果

④、理論上，R2和RL的阻值不會影響放大倍數，但是實際的運放需要設計R2=R1 || Rf，因為這樣一來，運放的同相端和反相端往外看的阻抗才一樣大。⑤、從仿真結果可以看出反向比例放大器的輸出與輸入波形ui是精確的5倍的關係。

3、總結

理想運放如此簡單，我們根本不需要了解運放裡面的東西，不需要像三極體那樣考慮它到底工作在哪個區，不需要考慮密勒效應，輸入輸出阻抗等等，只需要用電阻分壓的方法就能得到想要的精確的放大倍數。用起來簡單，性能又好，這是運放廣泛應用的重要原因。

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