运算放大器(运放)介绍

2023-11-05

注意,此处我们采用的是Multisim软件仿真 ,链接中有详细安装教程。

注意:仿真只是数学运算,实际情况的话,就不是数学运算那么简单,有很多复杂的因数在里面。所以具体情况要参照实际电路搭建。比如说,之前我们搭建蔡氏电路的时候,明明1700欧左右就能产生双周期的波形,但是按照仿真搭建的电路,具体确实1430欧左右才产生双周期的波形。这是需要注意的!!!

目录

运放内部结构简单介绍,及其供电

内部结构

V+V-供电

VpVn输出电压

ri虚断虚短

ro内阻

总结:

运放电压传输特性及其输出电流介绍

运放的三个区域

正负饱和区

 输出端负载阻值影响

线性区 

总结:

反馈介绍

 正负反馈的简单介绍


运放内部结构简单介绍,及其供电

内部结构

V+V-供电

我们先看V+和V-,这个地方就是运放芯片的供电电源。V+很好理解,就是一节电池正极接V+,负极接地。V-就是电源的正极利用一根杜邦线丢到地上,负极接V-,负压就产生了。

在Multisim中运放的寻找位置(因为LM358P内部是存在两个运放的,所以弹出的哪个选项点击A还是B都可以)。

在Multisim中直流电源位置。

这里我们需要注意一个点,输入电压范围是不一定要求正负对称的。如果V+为6V,那么V-不是必须是-6V。我尝试在Multisim中尝试V+12V,V-为-6V,发现可以正常运行。询问老师之后得知,正负端电压不对称只会影响输出信号的最大动态范围,只要输出信号在最大动态范围内,电源不对称对输出没有影响。

VpVn输出电压

然后我们需要知道,运放内部你可以理解为有一个电压受控源,它由(Vp-Vn)控制,实际的输出电压为Avo(Vp-Vn)。Avo是电压增益量,它的值一般都非常大。我们通过控制Vp和Vn的差值,来控制输出电压。但是由于Avo的值一般都非常大,那么我们需要输出一个几V的电压的时候,(Vp-Vn)的值就会非常非常的小,所以我们一般都会设置一个负反馈的系统(这个放在后面讲)。有了负反馈系统之后,我们就可以设置放大的倍数了。

ri虚断虚短

 运放内部的电阻ri是非常大的,而我们的(Vp-Vn)的值又非常非常的小。那么此时流经ri的电流将会非常小,我们可以看作没有。而我们知道,电路处于断路状态就是没有电流的,那么现在运放的这个状态我们称之为虚断

如下为一个同向放大电路,我们测量输入端两侧的电流可以知道流经输入端的电流仅仅只有-19.496nA(1nA=10^-9A)。所以我们可以认为此时处于虚断。

我们上面说了,因为Avo的值一般都非常大,那么(Vp-Vn)的值我们可以看成是为0。我们可以知道,当一个电阻被短路了,那么这个电阻两端电压相同。而现在(Vp-Vn)值约为0的这种状态,我们称之为虚短

如下为一个同向放大电路,我们测量输入端两侧的电压可以知道,两者压差为323.073uV(1V=1000mV,而1mV=1000uV)。这个值毫无疑问是非常非常小的,几乎可以忽略不记,所以我们可以认为此时处于虚短。

在我们这里需要选择V,——,表示测量直流电压。

 注意:我们这里的电源和上面供电的哪个地方电源好像不一样啊?的确有些许不一样,但都是电源。为了让电路美观,我们才这么画。

我们需要注意的是,虚断是一直存在的,虚短并不是。后面线性区讲。

ro内阻

ro称之为输出电阻,他的阻值非常非常的小,一般直接忽略,与导线等价即可。

总结:

V+接正电压,V-接负压。

V+V-不需要正负对称。

运放的放大可以理解为一个由(Vp-Vn)控制的电压受控源。

虚断一直有,虚短不一定。

运放电压传输特性及其输出电流介绍

运放的三个区域

首先我们需要知道运放是有三个区域的,分别是负饱和区,线性区,正饱和区。

正负饱和区

首先我们介绍正负饱和区,我们需要知道,运放电路的放大作用是有极限的,而这个极限就是饱和区。那么我们如何知道这个饱和的电压大概是在什么范围呢?一般来说,这个饱和电压由V+和V-决定。我们的这个放大电压是不可能超过V+的电压,低于V-的电压。所以说,这个饱和电压就是V+和V-的值吗?不是的,运放电路中是存在饱和压降∆V,那么我们的放大电路的范围就应该是(V-+∆V,V+-∆V),而把V-+∆V,V+-∆V用Vom来表示,放大电压范围就是(-Vom,+Vom)。

首先我提前告知,这个电路为一个同向放大3倍的同向放大电路,此电路的饱和区在10.495V。我们正向输入端一开始为3.3V,3.3V*3=9.9V,而9.9V小于10.495V,是可行的。

但是如果我们输入端电压为5V呢?会不会是5V*3=15V呢 ?显然不会,因为饱和区的存在,此时的电压应该是10.495V。这个时候就说明放大电路处于饱和状态了。

 输出端负载阻值影响

而我们的放大电压范围仅受V+V-的影响吗?不是的,一般来说,运放的输出端最大电流为±20mA。如果负载RL阻值过小会导致|V0|的最大值变小。例如,RL为200欧,|V0|的变化范围只有20mA*200欧=0.02A*200欧=4V。所以我们RL一般要选择大一点的值,但又不能过大

如下,我们正常接入3.3V电压,而R1R2从5K欧10K欧,变成5欧10欧。这个时候,我们就会发现,输出端的电压就不是9.9V了,而是608.929mV,很明显不可能是误差导致的。所以我们可以得出结论外界电阻不能过小。

如下,我们正常接入3.3V电压,而R1R2从5K欧10K欧,变成5M欧10M欧。可以看到,输出电压值为9.7,距离9.9V有0.2V的偏差,很明显这个偏差还是非常大的。所以阻值也不能选择过大。

我们需要知道,放大电路其实是一种弱电系统,具有高灵敏度,容易受到环境和内部噪声的干扰。而当实际电路中电阻过大,会增加其热噪声,容易引入干扰。所以我们外界的电阻尽量以千欧作为单位最佳。

线性区 

但是我们使用放大电路的时候,需要避免接触到饱和区,我们所使用的范围就是线性区。线性区的范围,也就是我们上面所说的最大动态范围。这里的放大公式为Avo(Vp-Vn),靠经V+端的是Vp,靠近V-端的是Vn。(看上图2.1.3)

上面说了虚断一直有,虚短不一定。为什么呢?因为虚断主要是因为运放内阻非常大所导致的,所以说,它会一直存在。

以下分别是运放工作在线性区和饱和区的电流值,虽然值不同,但是很明显。两者测量出来的值的是十分小的,都可以忽略不计。故虚断在线性区和饱和区都会存在。

而虚短不一样,它依赖于电压增益Avo非常非常的大,但是我们需要注意的一个地方就是,当输出电压已经处于饱和状态的时候,Avo的值并不是无穷大的。这样就做不到虚短的效果。

举个例子,假设当前运放电路为饱和电压12V,Vp为6V,Avo为4,那么Vn就是6-(12/4)=3V。但是我们换一个假设,此时运放电路的输出电压10V,Vp为6V,Avo为10000,那么Vn就是6-(10/10000)=5.9999V,此时Vp和Vn几乎相等。就是虚短。

以下分别是运放工作在线性区和饱和区的电压值。我们可以看到,线性区的电压依旧是非常小的,可以忽略不记。但是饱和区这个时候的电压我们看到了有将近1.5V的电压,这个肯定就做不到忽略不计了。

所以说,虚短线性区才有,饱和区没有。

总结

运放有负饱和区,线性区,正饱和区。

饱和区的值受V+V-,以及输出端RL影响。

我们使用运放进行放大的时候,是使用的线性区,注意不要因为饱和区导致无法进行电压放大。虚断一直有,虚短只有在线性区才存在。

反馈介绍

 我们将输出信号V0再返回输入端的过程称为反馈。一般来说,只要是输入端和输出端有联系就称之为反馈,而输入端和输出端没有联系就一定没有返回。

为什么说一般有联系就称之为反馈呢?先看上图,我们可以知道输出电压u0经过R1R2的分压,流回电压信号到了反向端。但是看下图,因为仅仅只有一个R存在,所以运放的正向输入端电压永远为0V,运放的输出信号没有反馈到运放的输入端。那么我们可以得出结论,上面是存在反馈电路的,下面没有反馈电路。

 正负反馈的简单介绍

正负反馈我们可以简单的理解,当输出信号接到反向输入端就是负反馈,接到正向输入端就是正反馈。但是我们需要知道,这对单级放大电路来说是对的,对多级放大电路不一定。那么我们怎么知道一个比较绝对的判断方法呢?就是使运放Vp-Vn减小是叫做负反馈,那么让Vp-Vn增大的是不是就叫做正反馈。因此,我们也就可以知道了何时采用正反馈,何时采用负反馈了。

注意:本文仅简单介绍负反馈,之后我会专门写一篇关于反馈的博客。

我们之前说了在电压放大时候,放大增益Avo是非常大的。这样我们就需要Vp和Vn值非常接近,差值可能只有几微伏到几十微伏这样给实际电路操作时候增加了很大的难度。于是就我们就要减少Vp-Vn,采用负反馈。

负反馈系统如下

本文内容由网友自发贡献,版权归原作者所有,本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容,请联系:hwhale#tublm.com(使用前将#替换为@)

运算放大器(运放)介绍 的相关文章

  • 在用apt install中如何选择安装路径?

    apt install并不会选择软件包的安装路径 这个路径是在软件包里面记录好路径的相关信息的 一个deb包 只是一堆文件 文件夹的压缩包而已 而这个包里面记录了这些文件 文件夹应该安装的位置 因此 简单点说 你不能够在apt instal
  • 图解多态原理

    虚函数表 class Base public virtual void Func1 cout lt lt Func1 lt lt endl private int b 1 void test Base b cout lt
  • 空间(蓝桥杯)

    空间 本题为填空题 只需要算出结果后 在代码中使用输出语句将所填结果输出即可 小蓝准备用 256MB 的内存空间开一个数组 数组的每个元素都是 32 位 二进制整数 如果不考虑程序占用的空间和维护内存需要的辅助空间 请问 256MB 的空间
  • 定义内部类 继承 AsyncTask 来实现异步网络请求

    异步任务处理 创建内部类 来实现网络异步请求 新建内部类 继承 AsyncTask SuppressLint StaticFieldLeak class RequestNetworkDataTask extends AsyncTask
  • Docker、Portainer、K8S环境搭建

    Docker Portainer K8S环境搭建 安装Docker 安装步骤 安装依赖包 yum install y yum utils device mapper persistent data lvm2 配置阿里云yum源 以便加速下载
  • Vue 安装开发者工具

    1 下载开发者工具 下载地址 http book wiyp top App Vue3开发者工具 谷歌 Vue3 crx 2 打开谷歌浏览器 点击扩展 点击管理扩展程序 3 开启开发者模式 将 Vue3 开发者工具文件拖拽到浏览器中进行安装

随机推荐

  • 设计模式(十三)代理模式

    代理模式也是一种结构性模式 它的主要作用是创建一个现有对象的代理 以便我们能够针对对象的生命周期 访问权限等进行控制 代理模式和适配器模式的区别是 适配器模式主要用于现有接口和新接口之间的转换和衔接 而代理模式对现有接口进行控制 所以代理模
  • 【机器学习】PyTorch如何选择最优初始学习率

    众所周知 机器学习尤其是现在的深度学习 大量的工作都集中在调参上 一个模型能否很好的解决问题 调参占了很大的比重 而学习率又是模型众多超参数中最重要和最容易调节的一个 1 什么是学习率 目前深度学习优化的基本思想是梯度下降法 已经有很多优秀
  • Java DAO模式

    Java DAO模式 Data Access Objects 作用 隔离了数据库访问代码和业务逻辑代码 隔离了数据库连接代码 代码实现 DAO接口 DAO实现 实体类 连接数据库类和关闭数据库连接类
  • 研一寒假C++复习笔记--左值和右值的理解和使用

    目录 1 左值和右值的定义 2 简单理解左值和右值的代码 3 非const引用只能接受左值 1 左值和右值的定义 左值 L Value L理解为 Location 表示可寻 右值 R Value R理解为 Read 表示可读 左值和右值是相
  • 分布式数据库DBLE

    分布式数据库DBLE 第一章 绪论 研究背景 目前 在电商 金融 O2O 零售 电信等行业普遍存在用户基数大 营销活动频繁 核心交易系统响应日益变慢的问题 随着业务数据增长迅速 超过单机数据库的承受极限 制约业务的发展 在电力 气象 农业
  • 07、环境-虚拟机网络设置、开启远程登录

    1 Oracle VM VirtualBox默认网络方式 Oracle VM VirtualBox创建的虚拟机默认使用的是 网络地址转换 端口转发的方式 2 默认虚拟机ip地址不是固定IP 不方便开发 修改Vagrantfile confi
  • LaTeX怎样引用想要的包

    到网上下载相应包 得到 ins文件 官网 https www ctan org pkg 然后cmd运行latex ins即可得到 sty文件 放到LaTeX目录下即可
  • SSL工作原理

    SSL工作原理 关键词 SSL PKI MAC 摘 要 SSL利用数据加密 身份验证和消息完整性验证机制 为基于TCP等可靠连接的应用层协议提供安全性保证 本文介绍了SSL的产生背景 安全机制 工作过程及典型组网应用 缩略语 缩略语 英文全
  • 【Wi-Fi】IEEE 802.11 Standards 之 802.11a/b/g/n/ac/ax初探

    前言 日常在配置家里路由器以及在工作中学习到WiFi相关的知识的时候总是对于WiFi 标准协议 IEEE 802 11的几个版本不太理解 所以本文主要是介绍关于IEEE 802 11 中各个版本的由来和基本含义 各版本WiFi标准协议 IE
  • 剑指 Offer 30. 包含min函数的栈

    剑指 Offer 30 包含min函数的栈 方法一 使用两个栈 class MinStack Deque
  • C++学习(四八九)Could not download aapt2-windows.jar

    问题描述 Android Studio在编译生成Apk时报此错误 解决办法 去掉Gradle的offline模式 点击AndroidStudio的文件 gt 设置 选择Gradle标签页 去掉Offline work前面的对钩
  • BUU 【ACTF2020 新生赛】Include 1 解题大致思路

    1 首先打开靶场环境 看到链接tips 打开tips 2 首先看一下url中有什么东西 看到file 猜测可能是文件包含 3 文件包含读取的是他文件里的内容 要想读取源文件内容 我们可以用base64编码的方式来读文件flag php 构造
  • OAuth2.0原理和理解

    1 oauth简述 oauth本身不是技术 而是一项资源授权协议 重点是协议 Apache基金会提供了针对Java的oauth封装 我们做Java web项目想要实现oauth协议进行资源授权访问 直接使用该封装就可以 2 概述 2 1 官
  • imagenet图片

    imagenet数据集图片大小3 224 224
  • prometheus 添加 login 登录认证界面(nginx + flask 实现)

    前言 prometheus是现在一个比较主流的监控软件 随着容器的普及 prometheus的应用越来越广泛 前面我也有专门讲到prometheus的相关文章 但是跟传统老牌的zabbix监控不一样 prometheus的web UI是没有
  • 从计算机中删除勒索软件的 6 种方法

    勒索软件是一种恶意软件 它会加密计算机上的文件 然后要求付费才能解密它们 对于企业主和个人来说 这可能是一个非常头疼的问题 未能删除勒索软件可能会导致永久性数据丢失 有些信息对企业至关重要 应不惜一切代价防止丢失或损坏 有几种方法可以删除它
  • ajax.parse,GitHub - srhyne/jQuery-Parse: An AJAX wrapper for the Parse.com REST API

    What is it It s a super light weight AJAX wrapper for Parse com s wonderful database service Why did you build it I want
  • 源码学习时间,Window Manager in Android

    今日科技快讯 近日消息 京东百亿补贴被曝已开始少量上线测试 已有用户可看到活动页面 据网友反馈 京东部分商品现已有 百亿补贴 的标签 目前上线的商品包括手机 家电 酒水 食品 服饰等众多品类 作者简介 大家周五好 咱们下周再见 祝大家周末愉
  • vue封装全局loading

    首先创建一个loading文件
  • 运算放大器(运放)介绍

    注意 此处我们采用的是Multisim软件仿真 链接中有详细安装教程 注意 仿真只是数学运算 实际情况的话 就不是数学运算那么简单 有很多复杂的因数在里面 所以具体情况要参照实际电路搭建 比如说 之前我们搭建蔡氏电路的时候 明明1700欧左