運算放大器是模擬電路的核心，要掌握好模擬電路并熟練運用到設(shè)計中，掌握好運算放大器的使用是必須的，同時對運放的各參數(shù)的把握也是很重要的。
總體來說，運放在分析中記住兩個特性，一個是虛短，一個是虛斷，這兩個概念是構(gòu)成各種應(yīng)用電路最核心的前提。虛短，是指運放兩個輸入端之間的電壓近似短路，電壓相等。虛斷，是指運放兩個輸入端之間的電流通道是斷開的，輸入端之間沒有電流流過。有了這兩個概念，就可以分析所有形式的運放電路。但值得注意的是，這兩個概念成立的條件是運放需要構(gòu)成合理的負(fù)反饋，否則不成立。
這里不多提運放的基本知識。我在一次偶然的設(shè)計中，遇到電源電壓不夠的問題，當(dāng)時運放的電源電壓是正負(fù)15V，而我需要輸出0-25V的電壓，若用一般的運放負(fù)反饋來做，則至多輸出0-15V范圍，但我想到對于-15V電壓，不就可以輸出0-30V電壓了?
思路有了，便立即行動起來，繼續(xù)思考，其實問題的關(guān)鍵不在于運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的，不夠穩(wěn)定，因為-15V電源電壓并不是嚴(yán)格的-15V，所以問題出現(xiàn)了，我不能夠直接將運放輸出的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，于是一個思路形成，問題的重點在于如何構(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為主運放，由U6和U7一起構(gòu)成負(fù)反饋形成回路，最后由U5對-VCC輸出。R10為匹配電阻，整分分析過程中可以將其忽略。
U7構(gòu)成1:1的反相放大器，對于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)是兩個電壓之和：
將負(fù)電壓取反即得：
按圖中參數(shù)，R35=R34=R37=100K，R38=10K，R39=190K，則有U6out=-U7out+Vcc/20。即：U6out=Vcc/20-(-Uout/20)=(Vcc+Uout)/20。
最后，由運放U6引入到主運放反相端形成反饋，由運放虛短：
Uin=U6out=(Vcc+Uout)/20
整理后：Uout=20*Uin-Vcc
由于是對-Vcc輸出，所以：URL=Uout-(-Vcc)=20Uin。從而可以得到更大范圍的輸出，此時Uin必須>0，因為輸出已不可能為負(fù)，整個電路的輸出范圍由以前的-VCC到+VCC變成0到2倍VCC，并且整個過程均有負(fù)反饋穩(wěn)定輸出。
上面的設(shè)計最終滿足了要求，其關(guān)鍵在于將-VCC也引入到反饋回路中，使得輸出是對-VCC而言，而并非是對GND而言，于是增大了輸出范圍。上面的設(shè)計中，應(yīng)該注意的是構(gòu)成運放比例運算的電阻取值，應(yīng)該適當(dāng)偏大點，否則可能會引起更大的失調(diào)，而導(dǎo)致放大比例不準(zhǔn)確，參數(shù)不對稱等問題。
其實運放電路設(shè)計的難點在于反饋環(huán)路的設(shè)計，如何引入反饋，如何產(chǎn)生反饋電壓，都是設(shè)計中非常值得考慮的。看完全文了嗎？喜歡就一起來點個 贊 吧!
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