幾種經(jīng)典的運(yùn)放電路

比例放大器

在做模擬信號(hào)處理的時(shí)候，有時(shí)候由于信號(hào)的幅度太小，不利于后續(xù)的電路處理，因此需要預(yù)先將小信號(hào)進(jìn)行放大。做放大的時(shí)候，就要運(yùn)用運(yùn)放了。基本上只要有模擬信號(hào)的地方，都會(huì)用到運(yùn)放。注意這里的運(yùn)算放大器，不僅僅只是對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)單的放大，這里更加體現(xiàn)的重點(diǎn)是“運(yùn)算”。比例放大電路將一個(gè)信號(hào)等比例放大的電路是比例放大電路。這里請(qǐng)注意，如果一個(gè)信號(hào)是交流信號(hào)，即有負(fù)半周部分，則應(yīng)當(dāng)使用如μA741之類的雙電源運(yùn)放;如果處理僅有正半周的信號(hào)時(shí)，則應(yīng)當(dāng)選擇如LM324之類的單電源運(yùn)放，如果不按照這個(gè)方式選擇運(yùn)放，則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)為電源電壓一半的直流偏置，不利于后續(xù)處理。比例放電電路有兩種，一種是正向電壓放大器，如圖1所示;一種是反向電壓放大器，如圖3所示。圖1中VOUT和VIN之間的關(guān)系為：

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圖1正向電壓放大器

這里假設(shè)有一個(gè)信號(hào)S，其為頻率1K，幅度0.1V的正弦信號(hào)，需要設(shè)計(jì)一個(gè)10倍的放大電路將其放大至1V。則設(shè)計(jì)的電路及波形如圖2所示。

圖2正比例放大器的電路及波形

另一種放大器為反相放大器，或者稱反比例放大器。對(duì)于周期信號(hào)來(lái)說(shuō)，反相放大的即是指將其信號(hào)的相位移90度。如圖2-7所示。圖3中VOUT和VIN之間的關(guān)系為：

圖3反向電壓放大器

這里假設(shè)有一個(gè)信號(hào)S，其為頻率1K，幅度0.1V的正弦信號(hào)，需要設(shè)計(jì)一個(gè)10倍的放大電路將其反向放大至1V。則設(shè)計(jì)的電路及波形如圖4所示。

圖4反比例放大器的電路及波形

本文對(duì)于模擬電路的講解，僅限于一些結(jié)果的呈現(xiàn)，由于內(nèi)容比較繁多，因此如果模擬電路基礎(chǔ)薄弱的，還需多花時(shí)間進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)。

電壓跟隨器與反相器

電壓跟隨器，其實(shí)可以看成是一種特殊的運(yùn)算放大器，即輸入電壓信號(hào)與輸出電壓信號(hào)的幅值比例為1，相位差為0，即增益為1的運(yùn)算放大器。有些讀者可能會(huì)有疑惑，增益為1，那豈不是相當(dāng)于一種直來(lái)直往的器件?內(nèi)部是否任何工作都沒(méi)有做?其實(shí)不然，先看一下圖5展示的電壓跟隨器及其波形，后續(xù)再做詳細(xì)講解。

圖5電壓跟隨器電路及其波形

電壓跟隨器，雖然對(duì)信號(hào)相當(dāng)于未作任何處理，但是其存在的必要性是無(wú)法代替的，主要目的是改變兩個(gè)電路系統(tǒng)之間連接的阻抗。對(duì)于我們后續(xù)的設(shè)計(jì)中，如果有多級(jí)電路串聯(lián)來(lái)傳遞信號(hào)的，那么應(yīng)該第一反應(yīng)就是考慮是否需要加跟隨器。先看電壓跟隨器是如何改變電路連接的阻抗的。假設(shè)有一個(gè)電阻分壓的電路，對(duì)一個(gè)正弦波進(jìn)行分壓，并且送給另一個(gè)采樣電路去采樣，且采樣電路的輸入阻抗為10K。如圖6所示。

圖6電阻分壓采樣示意圖

圖6，很明顯可以看到電阻R2和R3處于并聯(lián)關(guān)系，因此其總阻抗其實(shí)是變成了10K左右，本來(lái)R1是和R2的分壓，結(jié)果變成了R2和R3的并聯(lián)等效電阻的分壓了，這就造成了后級(jí)電路對(duì)前級(jí)電路的影響，是我們所不期望的。運(yùn)放由于其特性，決定了它的輸入阻抗是非常大的，近似可以看作輸入短路，這叫“虛斷”。因此將其組成電壓跟隨器加在兩級(jí)電路中間，可以基本隔絕兩端電路的相互影響，又對(duì)傳輸信號(hào)沒(méi)有任何影響，如圖7所示。

圖7電壓跟隨器隔離電路

關(guān)于第二個(gè)信號(hào)延時(shí)功能一會(huì)再說(shuō)，先來(lái)看反相器。反相器，顧名思義就是增益為-1的運(yùn)放，即輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的幅度相等，相位相差90度。如圖8所示。

圖8反相器及其波形

反相器比較好理解，這里就不做過(guò)多解釋了。

加法器與減法器

加法器和減法器可以看作一個(gè)類型的器件，當(dāng)有兩個(gè)電壓信號(hào)S1，S2，需將其疊加輸出，產(chǎn)生S3，使得S3=S1+S2。那么其電路如圖9所示。

圖9加法器電路

而想要實(shí)現(xiàn)減法器，即S3=S2-S1，參考圖10。

圖10 減法器電路

假定R4/R3=n，只需修改n的值，則可以實(shí)現(xiàn)減法比例放大，且滿足S3=n*(S1-S2)。這個(gè)可以自己去嘗試，需要注意的是，R1的值一定要和R4相等。