運(yùn)算放大器輸出電壓如何計(jì)算？如何實(shí)現(xiàn)運(yùn)算放大器微弱信號(hào)放大？

在這篇文章中，小編將對(duì)運(yùn)算放大器的相關(guān)內(nèi)容和情況加以介紹以幫助大家增進(jìn)對(duì)它的了解程度，和小編一起來閱讀以下內(nèi)容吧。

一、運(yùn)算放大器輸出電壓如何計(jì)算

運(yùn)算放大器是一個(gè)集成器件，它是由許多晶體管構(gòu)成的。 從外部特性來看，運(yùn)算放大器是由三個(gè)信號(hào)端口和兩個(gè)電源端口的組成的器件。 它由兩個(gè)具有高輸入電阻的電壓信號(hào)輸入端和一個(gè)低輸出電阻的電壓信號(hào)輸出端，以及兩個(gè)正負(fù)電源端。

在課本中，運(yùn)算放大器的輸出電壓等于兩個(gè)輸入端電壓之差乘以一個(gè)的增益A0，Vout=A0(Vin1-Vin2)。 也就是說，課本上把運(yùn)算放大器定為一個(gè)增益非常大的差分放大器，這樣的定義在我看來不是完美的。

根據(jù)運(yùn)放輸出電壓的公式Vout=A0(Vin1-Vin2)，只要輸入端口之間存在細(xì)微的電壓差，輸出電壓就會(huì)持續(xù)飆升至極限。 這樣的結(jié)果不是我們想要的。

為了是運(yùn)放工作在正常狀態(tài)下，我們就必須引入反饋電阻，使得輸出的電壓可以影響輸入。 如下圖所示。

正向輸入的放大器，Case1是假設(shè)A0趨于無窮大，要求Vout是正向輸入的放大器，Case1是假設(shè)A0趨于無窮大，要求Vout是常量，那么Vin1-Vin2就趨于無窮小，Vin1和Vin2近似相等，也可以理解為“虛短”。 可以計(jì)算出Vout/Vin=1+R1/R2。 Case2是假設(shè)A0不是無窮大，圖中X點(diǎn)處的電壓VX。 從而計(jì)算出閉環(huán)增益Vout/Vin。 計(jì)算思路比較簡(jiǎn)單。 主要是圍繞Vout=A0(Vin1-Vin2)這個(gè)公式進(jìn)行計(jì)算。

反向輸入的放大器，Case1是假設(shè)A0趨于無窮大，要求Vout是正向輸入的放大器，Case1是假設(shè)A0趨于無窮大，要求Vout是常量，那么Vin1-Vin2就趨于無窮小，Vin1和Vin2近似相等，也可以理解為“虛短”。 可以計(jì)算出Vout/Vin=1+R1/R2。 Case2是假設(shè)A0不是無窮大，圖中X點(diǎn)處的電壓VX。 從而計(jì)算出閉環(huán)增益Vout/Vin。 計(jì)算思路比較簡(jiǎn)單。 主要是圍繞Vout=A0(Vin1-Vin2)這個(gè)公式進(jìn)行計(jì)算。

二、如何實(shí)現(xiàn)運(yùn)算放大器微弱信號(hào)放大？

傳感器+運(yùn)算放大器+ADC+處理器是運(yùn)算放大器的典型應(yīng)用電路，在這種應(yīng)用中，一個(gè)典型的問題是傳感器提供的電流非常低，在這種情況下，如何完成信號(hào)放大？張世龍指出，對(duì)于微弱信號(hào)的放大，只用單個(gè)放大器難以達(dá)到好的效果，必須使用一些較特別的方法和傳感器激勵(lì)手段，而使用同步檢測(cè)電路結(jié)構(gòu)可以得到非常好的測(cè)量效果。這種同步檢測(cè)電路類似于鎖相放大器結(jié)構(gòu)，包括傳感器的方波激勵(lì)，電流轉(zhuǎn)電壓放大器，和同步解調(diào)三部分。他表示，需要注意的是電流轉(zhuǎn)電壓放大器需選用輸入偏置電流極低的運(yùn)放。另外同步解調(diào)需選用雙路的SPDT模擬開關(guān)。

另有工程師朋友建議，在運(yùn)放、電容、電阻的選擇和布板時(shí)，要特別注意選擇高阻抗、低噪聲運(yùn)算和低噪聲電阻。有網(wǎng)友對(duì)這類問題的解決也進(jìn)行了補(bǔ)充，如網(wǎng)友“1sword”建議：

1)電路設(shè)計(jì)時(shí)注意平衡的處理，盡量平衡，對(duì)于抑制干擾有效，這些在美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體、BB(已被TI收購(gòu))、ADI等公司關(guān)于運(yùn)放的設(shè)計(jì)手冊(cè)中均可以查到。

2)推薦加金屬屏蔽罩，將微弱信號(hào)部分罩起來(開個(gè)小模具)，金屬體接電路地，可以大大改善電路抗干擾能力。

3)對(duì)于傳感器輸出的nA級(jí)，選擇輸入電流pA級(jí)的運(yùn)放即可。如果對(duì)速度沒有多大的要求，運(yùn)放也不貴。儀表放大器當(dāng)然最好了，就是成本高些。

4)若選用非儀表運(yùn)放，反饋電阻就不要太大了，M歐級(jí)好一些。否則對(duì)電阻要求比較高。后級(jí)再進(jìn)行2級(jí)放大，中間加入簡(jiǎn)單的高通電路，抑制50Hz干擾。

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