几种基本放大电路详解

简介: 几种基本放大电路详解

同向放大电路

Multisim器件打开位置

如下为相应器件位置。


因为LM358P内部是存在两个运放的,所以弹出的选项点击A还是B都可以。

同向放大电路图分析



同向放大原理

首先我们需要知道运放电路存在虚断(不清楚的可以看运算放大器(运放)介绍),所以说Vp和Vn之间不存在电流,因此R2和R1是串联的,流经R2的电流和流经R1的电流是一样的。于是我们可以列方程,最后可以得出。


之前我们介绍过,当负反馈存在的时候,运放一般会处于线性区(说一般的原因是有可能输入电压*放大倍数已经超过了饱和电压,例如输入电压5V,放大倍数3,饱和电压12V,那么就不是处于线性区。)。又因为在线性区间存在虚短,那么Vp=Vn。因此得出。于是,我们带入R2=10K,R1=5K,Vp=3.3V既可以得出此电路的放大效果为3倍,输出电压值为9.9V。


阻值选择

但是我们就会有人会想,为什么设置的是10k和5k呢?10欧和5欧不行吗?既然10欧和5欧不行,那么10M和5M呢?详情看运算放大器(运放)介绍中的 输出端负载阻值影响部分。

如果不想看,直接说结论,我们外接的电阻尽量以千欧作为单位最佳。


同向放大电路运用——电压跟随器

首先,我们抛出一个问题。如果一个信号源Vs内阻很大,有100k,而我们需要被驱动的负载只有1k。根据电阻分压原理,我们可以得出负载电压Vo为。很明显最后负载上所得到的电压非常小。那么我们就可以利用电压跟随器来让信号源的电压Vs全部到负载上。


我们已经知道了同向放大电路的公式为,那么我们如果需要做一个电压跟随器只需要让R2为0,R1为无穷大即可。当短路时,电阻为0,断路时,电阻无穷大。那么我们就可以画出下面的电路。


但是有人会问了,如果只让R2=0,保留R1,不任然有电压跟随的效果吗? 是的,的确有电压跟随效果,但是没有必要而且徒增麻烦,也增加成本。因为我们知道,运放的外接电阻不能过大,不能过小(运算放大器(运放)介绍中 输出端负载阻值影响有详解)。如果我们选择错了电阻,会导致跟随效果出问题。就算选择对了,增加成本,何必呢?


因为电压跟随器具有几乎无穷大输入电阻,无穷小输出电阻,所以常常把他作为阻抗变换器,在高阻电压信号源和低阻负载中,起到隔离作用。故电压跟随器又称缓冲器或隔离器。


总结

同向放大电路公式

选择外接电阻以千欧为单位

电压跟随器可以起到在高阻电压信号源低阻负载中,起到隔离作用。


反向放大电路

Multisim中操作注意事项

我们需要注意,选中运放的时候一般都是正向输入端在上面,反向输入端在下面。如果我们想调整两个位置,可以按Alt+Y,进行以Y坐标轴对称变换。

当我们以Y轴进行对称变换的时候,需要注意此时上方是接负压,下方接正电压。否则运行的时候会报错。


反向放大电路图分析

反向放大原理


首先我们看Vp,可以知道他是直接接地的,所以Vp=0V,又因为运放处于线性区的时候存在虚断,那么Vp≈Vn≈0V,此时我们把Vn≈0V的现象称之为虚地 。


因为运放存在虚断,所以说运放的反向输入端没有电流,可以列公式。因为Vn≈0V,所以可以解出。我们带入R2=R1=5k可以得出此刻为等比反向放大电路。


利用反向放大电路实现电压同向等比缩小

首先我们知道了反向放大电路的公式为 ,那么我们可以先将V2反向缩小0.6倍,再进行一次等比反向放大。这样最终就输出了3V的电压

总结

反向放大电路公式(注意,这个R1R2可能因为有些书上的电路图R1R2跟我摆放是相反的,最后显示的是。但是我们需要知道公式是一样的)

可以利用两个反向放大电路实现同行等比缩小。

求和电路


上方就是一个求和电路。依旧是根据虚短可知Vn≈Vp≈0。

由于虚断可知,i1+i2≈i3。因此列方程

结合两个公式可得到,。带入数值R1=10K,R2=5K,R3=10K,V1=V2=3.3V。最后可以求出Vo的值应该为-9.9V。这个时候有人会有疑惑,这不是没有求和啊,Vo还变成负数了。要做改变很简单,R1=R2=R3,然后在后面加一个反向等比放大即可。


求差电路


依旧是先虚短Vn≈Vp。

再虚断列出两个公式: ;

结合三个公式可以得出,,当R1=R2=R3=R4的时候,我们可以得出Vo=Vp-Vn。


积分电路

Multisim函数发生器打开位置


下面我的示波器两个都连接了,为了区分AB两个波形,我将原来波形B设置为白色,通过运放处理后的波形为红色。先右击B这条线——>点击Segment color——>点击中间的白色——>点OK即可

积分电路图分析

积分电路原理及三角波产生

依旧是先虚短Vn≈Vp≈0。因为电容公式

再虚断,i1≈i2=

结合可得,


当输入电压Vi为阶跃信号方波时,Vi为定值。最后可以得出,Vo=ViCR4tVo=−ViC∗R4∗t

我们首先利用函数发生器输出一个1KHZ频率,占空比为50%,峰值为10V的方波,设置如下

之后运行结果如下

首先开白色的线,半个周期是500us,意思是一个周期就算1ms,表明函数发生器是正常输出了一个1KHZ的方波。然后看红色的线,他的这个斜率为10.211V/500us=10.211V/0.0005S≈20000。我们再将C=100nf,R4=5K,V1=10V带入Vo=−ViC∗R4∗tVo=−ViC∗R4∗t,发现ViC∗R4ViC∗R4数值与20000一样。

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