什么是運(yùn)算放大器

運(yùn)算放大電路是模擬電路的精髓所在，起到信號(hào)放大的作用，設(shè)計(jì)不同的反饋網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)算放大器可以實(shí)現(xiàn)加法、減法、微分和積分等數(shù)學(xué)運(yùn)算功能。其功能強(qiáng)大，多級(jí)放大電路分析起來(lái)也有一定的難度。好在有方法可用，比如利用“虛短”和“虛斷”分析運(yùn)放電路。

運(yùn)放電路分析方法

今天借助一個(gè)后臺(tái)粉絲發(fā)的電路圖，跟大家介紹以下虛斷和虛短的用法。

同相比例運(yùn)放電路

上圖中，運(yùn)放的同相端接的是一個(gè)電壓基準(zhǔn)芯片，電壓為2.5V，負(fù)向端通過(guò)一個(gè)電阻R2接地，電阻R1構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)。從電路結(jié)構(gòu)上很容易判斷，這是一個(gè)同相比例運(yùn)算放大電路。

虛短的使用方法

在運(yùn)放電路中使用虛短分析問(wèn)題時(shí)，是有條件的，運(yùn)放需工作在放大狀態(tài)，需要滿足兩個(gè)條件:

1. 運(yùn)放的開(kāi)環(huán)增益足夠大；

2. 運(yùn)放存在負(fù)反饋電路；

運(yùn)放的輸出Vo，放大增益G還有輸入V+和V-存在如下的關(guān)系：

Vo = G×（V+-V1）,Vo的最大值是不會(huì)超過(guò)供電電源的，要想增益G足夠大，那么V+和V-的差值就要足夠的小，小到一定程度就可以得出V+=V-,這就是虛短的由來(lái)。所以，上圖中同相端是2.5V，那么負(fù)向端的輸入也是2.5V。

虛斷的使用方法

運(yùn)放電路的輸入阻抗非常大，以至于輸入端流入的電流微乎其微，從而可以忽略不計(jì)，可以認(rèn)為是斷路的，實(shí)際上并沒(méi)有斷，叫做“虛斷”。所以，流過(guò)電阻R2的電流和流過(guò)電阻R1的電流是相等的。即得到如下計(jì)算公式：

(Vo-2.5)/R1 = (2.5-0)/R2,由此得出Vo=2.5×（1+R1/R2）。

仿真結(jié)果

通過(guò)使用Proteus仿真軟件可以查看仿真結(jié)果，搭建好的仿真電路如下所示。

搭建好的運(yùn)放電路

正向端的2.5V直接用電源代替，LM358用24V供電，輸出端接DC直流電壓表。

當(dāng)電阻R1/R2=1時(shí)，放大倍數(shù)為2倍，輸出為5V，其仿真輸出如下所示。

放大2倍時(shí)的輸出

當(dāng)電阻R1/R2=2時(shí)，放大倍數(shù)為3倍，輸出為7.5V，其仿真輸出如下所示。

放大3倍時(shí)的輸出

當(dāng)電阻R1/R2=3時(shí)，放大倍數(shù)為4倍，輸出為10V，其仿真輸出如下所示。

放大4倍時(shí)的輸出

當(dāng)電阻R1/R2=4時(shí)，放大倍數(shù)為5倍，輸出為12.5V，其仿真輸出如下所示。

放大5倍時(shí)的輸出

當(dāng)電阻R1/R2=11時(shí)，放大倍數(shù)為12倍，其仿真輸出如下所示。

飽和輸出

當(dāng)放大倍數(shù)為11倍時(shí)，理論上運(yùn)放會(huì)輸出30V，但是運(yùn)放的輸出最大不會(huì)超過(guò)供電電壓，而LM358不是軌到軌的運(yùn)放，所以不會(huì)滿幅輸出，最大輸出為比電源電壓低1.5-2V左右，所以仿真輸出22.5是正常的。

大家在用虛短和虛斷分析運(yùn)放電路時(shí)一定要注意虛短的使用條件，運(yùn)放電路難計(jì)算但是并不可怕。歡迎大家關(guān)注本頭條號(hào)：玩轉(zhuǎn)嵌入式，獲取更多電子知識(shí)。