模擬電路經(jīng)典知識(shí)分享之運(yùn)算放大器運(yùn)用技巧

運(yùn)算放大器是模擬電路的核心，要掌握好模擬電路并熟練運(yùn)用到設(shè)計(jì)中，掌握好運(yùn)算放大器的使用是必須的，同時(shí)對(duì)運(yùn)放的各參數(shù)的把握也是很重要的。

總體來(lái)說(shuō)，運(yùn)放在分析中記住兩個(gè)特性，一個(gè)是虛短，一個(gè)是虛斷，這兩個(gè)概念是構(gòu)成各種應(yīng)用電路最核心的前提。虛短，是指運(yùn)放兩個(gè)輸入端之間的電壓近似短路，電壓相等。虛斷，是指運(yùn)放兩個(gè)輸入端之間的電流通道是斷開(kāi)的，輸入端之間沒(méi)有電流流過(guò)。有了這兩個(gè)概念，就可以分析所有形式的運(yùn)放電路。但值得注意的是，這兩個(gè)概念成立的條件是運(yùn)放需要構(gòu)成合理的負(fù)反饋，否則不成立。這里不多提運(yùn)放的基本知識(shí)。我在一次偶然的設(shè)計(jì)中，遇到電源電壓不夠的問(wèn)題，當(dāng)時(shí)運(yùn)放的電源電壓是正負(fù)15V，而我需要輸出0-25V的電壓，若用一般的運(yùn)放負(fù)反饋來(lái)做，則至多輸出0-15V范圍，但我想到對(duì)于-15V電壓，不就可以輸出0-30V電壓了?

思路有了，便立即行動(dòng)起來(lái)，繼續(xù)思考，其實(shí)問(wèn)題的關(guān)鍵不在于運(yùn)放能否輸出多少電壓范圍，而在于-15V的供電電壓本身也是有抖動(dòng)的，不夠穩(wěn)定，因?yàn)?15V電源電壓并不是嚴(yán)格的-15V，所以問(wèn)題出現(xiàn)了，我不能夠直接將運(yùn)放輸出的0-15V電壓疊加到-15V上，而必須將-15V電壓也引入到負(fù)反饋回路中去，于是一個(gè)思路形成，問(wèn)題的重點(diǎn)在于如何構(gòu)建合理的負(fù)反饋回路。最后形成如下所示的電路：

上圖中，U5為主運(yùn)放，由U6和U7一起構(gòu)成負(fù)反饋形成回路，最后由U5對(duì)-VCC輸出。R10為匹配電阻，整分分析過(guò)程中可以將其忽略。U7構(gòu)成1:1的反相放大器，對(duì)于U7，其輸出：

式中，由圖中參數(shù)R36=R33=100K，R31=190K，R32=10K得：U7out=-Uout/20。

U6構(gòu)成1:1的反相加法器，由R34=R37可以得到到U6反相輸入端的應(yīng)是兩個(gè)電壓之和：

由于是對(duì)-Vcc輸出，所以：URL=Uout-(-Vcc)=20Uin。從而可以得到更大范圍的輸出，此時(shí)Uin必須>0，因?yàn)檩敵鲆巡豢赡転樨?fù)，整個(gè)電路的輸出范圍由以前的-VCC到+VCC變成0到2倍VCC，并且整個(gè)過(guò)程均有負(fù)反饋穩(wěn)定輸出。

上面的設(shè)計(jì)最終滿足了要求，其關(guān)鍵在于將-VCC也引入到反饋回路中，使得輸出是對(duì)-VCC而言，而并非是對(duì)GND而言，于是增大了輸出范圍。上面的設(shè)計(jì)中，應(yīng)該注意的是構(gòu)成運(yùn)放比例運(yùn)算的電阻取值，應(yīng)該適當(dāng)偏大點(diǎn)，否則可能會(huì)引起更大的失調(diào)，而導(dǎo)致放大比例不準(zhǔn)確，參數(shù)不對(duì)稱等問(wèn)題。其實(shí)運(yùn)放電路設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于反饋環(huán)路的設(shè)計(jì)，如何引入反饋，如何產(chǎn)生反饋電壓，都是設(shè)計(jì)中非常值得考慮的。