【运算放大器】反相放大电路仿真应用

目录

一、反相放大电路原理（简化电路）

二、反相放大电路电路原理（实际特性）

2.1原理图

2.2实际电路

三、虚短 虚断

3.1 虚短

3.2 虚断

四、作业

4.1 （反相）放大电路设计

4.2 LM741芯片

五、标准电阻电容选型

六、作业仿真记录

6.1 任务要求1

6.2 任务要求2

6.3 任务要求3

6.4 任务要求4

6.5 任务要求5

6.6 任务要求6

6.7 任务要求7

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仅作为学习笔记参考

一、反相放大电路原理（简化电路）

运算放大器  实现电压放大电路

• 实现交流信号电压放大
• 只有三个器件
• 不需要像三极管场效应管调静态工作点
• 但是运放芯片更贵，做实验选它

输出电压/输入电压   Uo/Ui 叫做 闭环电压放大倍数

二、反相放大电路电路原理（实际特性）

2.1原理图

• 同相输入端与反向输入端的差，运算放大器件的输入电阻 rid， 阻值非常大
• ro是电压源内阻 几十欧姆
• 剩下的一个是电压控制电压源
• Aod 运算放大器件本身放大倍数

这些都是运算放大器本身的性质，自己有的性质

2.2实际电路

搞清楚几个概念 

1. A（Ad）：开环电压放大倍数   器件本身的放大倍数 
2. Au（AFo）：闭环电压放大倍数   Uo/Ui，上电后器件加上外围电路的实际放大倍数
3. Ud：运放净输入电压：     运放两端的输入电压Ui’ 
4. Rd（rid）：运放两输入端间电阻   中间的电阻

实际电路如下： 

 R3是平衡电阻，大小是R1R2的并联

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------R3 = R1 // R2 可减小输出直流噪声。摘自《电子系统设计与实践》贾立新、王涌等编著

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再简化一下电路，利用节点电压法求解（真是学过去就忘了呀，惭愧惭愧）

 

由上面的推导才得出结论闭环电压放大倍数 = -R2/R1

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运算放大电路的输入电阻就是 R1 
运算放大电路的输出电阻是几十欧姆 ≈ 0

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三、虚短 虚断

虚短

U+ U- 电压差（0.0几V~~~0.00几V）非常小，电位非常接近，计算时候，认为电位相同

虚断

Rd非常大，假设U-是1V ，1V/10M欧姆 电流非常小 接近0，还有一点电流，没有真正断路

UR3 = I * R3 = ***uV非常小

3.1 虚短

虚短 ---> U+与U-电位相同
虚断 ---> U+接地 ---> U-也接地 ---> U+与U-电位都是0

根据虚短虚断可以求UR1 UR2

3.2 虚断

∵下面那条分支电流很小，忽略不计了

∴R1 R2电流相等

参考文献

• [1] 华成英,童诗白.模拟电子技术基础[M].第四版.北京:高等教育出版社,2007:325-330.
• [2] 段尚枢.运算放大器应用基础.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2005:39-42.
• [3]  赛尔吉欧·佛朗哥 著,刘树林,朱茂林,荣玫 译.基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计[M].西安:西安交通大学出版社,2004:2-35.

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四、作业

         问题与重点

1.本课重点：放大电路设计

• 画出电路原理图和实际器件连接图
• 写出电路工作原理
• 计算相应数据和选择器件（数值、功率、允许误差、额定工作电压、电源电压、工作电流等）  

2. 编写报告

4.1 （反相）放大电路设计

1. 设计一个放大电路。将幅值100mV、频率ƒ=1kHz的正弦交流电压信号放大到要求的倍数Au=100，输入信号与输出信号相位相反（差180o），放大倍数误差要求±10%（110-90之间）。
2. 求出电压放大倍数的分贝值Au（dB）。
3. 若放大幅值10mV、频率1MHz的正弦交流电压信号ui，求输出电压uo。（仿真）
4. 放大幅值10mV、频率10MHz正弦交流电压信号，同上。（仿真）
5. 放大直流1V电压，测量全电路工作电流。注意，正负双电源供电需用两个电流表，同时求输出电压uo 。（仿真）
6. 放大50V直流电压，测量全电路工作电流，求输出电压uo 。（仿真）
7. 要求利用LM741集成运算放大器实现设计（双电源供电）。

老师的一些要求：

反向放大电路

找标准系列的电阻阻值，减小误差，只能选电阻误差+-1%的

求dB

不用三极管，场效应管，用运算放大器

电源3 6 9 12 15…… 自己选

R3是R1R2的选并联

元器件选型选最接近的，还要选电阻的功率（用表测出功率）

画实际连接图？

实际测试 等开学！

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4.2 LM741芯片

电源引脚后加两个滤波电容，下图的C1 C2 C3 C4

• 旁路电解电容：50uF以上，如220uF
• 旁路无极性电容： 0.1uF、 0.01uF

LM741调零电位器（调Rw），使输出电压为0 （用LM741预留出来的1和5引脚带电测试，如果不是0，就调Rw）

总结：电路设计的时候，器件的电源端接两个电容，一个有极性一个无极性，尽量靠近电源端子

LM741引脚

8 NC 不连接，空脚

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五、标准电阻电容选型

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六、作业仿真记录

6.1 任务要求1

为啥没有放大呢？

为啥是同相位呢？

……

哦原来是芯片没有供电呀！

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+-5V双电源供电测试 

输出波形反相 √

输出波形失真 ×

双电源给+-9V试试

输出波形还是有一些失真

双电源给+-15V测试

电路优化：电源附近加两个电容

输入波形（红色） 100mV

输出波形（蓝色） 10V

放大倍数Au = 10V / 100mV = 100

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6.2 任务要求2

求电压放大倍数的分贝值

LogAu = Log100 = 2DB

6.3 任务要求3

若放大幅值10mV、频率1MHz的正弦交流电压信号ui，求输出电压uo。（仿真）

输出电压uo 略小于10mV

6.4 任务要求4

放大幅值10mV、频率10MHz正弦交流电压信号，同上。（仿真）

输出电压uo ≈ 240uV

6.5 任务要求5

放大直流1V电压，测量全电路工作电流。注意，正负双电源供电需用两个电流表，同时求输出电压uo 。（仿真）

• XMM1 = 1.547mA, XMM2 = 1.696mA
• 输入电压1V，输出电压-14V (读通道数值)， 最大到电源提供的电压

6.6 任务要求6

放大50V直流电压，测量全电路工作电流，求输出电压uo 。（仿真）

输出电压14.189V

电源供电改为50V

输出电压-49.938V

但是有问题！ 

电源电压和输入电压不应该那么大，看LM741的数据手册

• 电源电压最大±22V
• 输入电压最大±15V

 所以任务6有问题

6.7 任务要求7

要求利用LM741集成运算放大器实现设计（双电源供电）。

？？？

……

下次讲同相放大器……