典型運放電路的分析仿真

我又來分享筆記啦，最近搞單片機，發現確實很多基礎知識都忘了哈，還是來繼續學習模電。我這個運放電路筆記系列會把一些經典的信號運算處理過一遍，陸續記錄一些典型運放電路的分析仿真，加強一下自身分析學習能力。

電壓跟隨器

首先看一下電壓跟隨器，基本模型如下圖，輸出因為沒有引入反饋，所以增益為1，那么輸出電壓就會跟隨輸入電壓。這個東西有什么用呢?

根據虛短和虛斷的概念：Uo=Ui，輸出Uo與輸入Ui大小相等w相位相同。信號從同相端輸入;輸入阻抗無窮大，反相輸入端直接輸出;輸出阻抗小。相當于對前級電路開路，對后級電路就相當一個恒壓源，即輸出電壓不受后級電路阻抗影響。所以它能將輸入信號真實的傳遞給負載而索取的電流極小，常常在電路中用于模擬信號與數字信號的隔離。(實際的應用中還要看運放的數據手冊中是否注明單位增益穩定，除此之外輸出端還得接一個反饋電阻，否則這樣用會不穩定)。

同相比例放大器

如圖電路模型分析所示，由于運放的特性;當引入負反饋，可以用虛斷虛斷分析，當輸入Ui，那么電路滿足一個計算公式，大家可以看到輸出的系數>1,那么得到輸出一個同相的Uo，并且輸出與輸入的關系滿足一定的放大比例，比例系數與負反饋的電阻與反相輸入的電阻有關。

需要注意的是由于運放的結構，因為信號是從同相端輸入，那么應用優點是運放內部的輸入阻抗可以很大，所以外部的反饋比例電阻應用上就無限制。但缺點就是對于運放本身來會有共模信號的疊加。(由嚴格的運放增益定義 Uo=Ad(U+-U-)+Acm(U++U-);而實際運放的共模抑制比K=Ad/Acm又不是無窮大，那么輸出信號就被共模增益Acm影響)。

反相比例放大器

如圖電路模型分析所示，同理根據運放虛斷虛斷特性分析，當輸入Ui，那么電路滿足一個計算的公式，因為同相端接地，根據參考地電位則輸出一個反相的Uo，并且輸出與輸入的關系滿足一定的放大比例，比例系數還與負反饋的電阻與反相輸入的電阻有關。

同理需注意的是由運放的內部結構，因為信號是從反相端輸入，那么應用優點就是沒有共模信號的疊加。但是缺點也很明顯運放的輸入阻抗就是Ri，明顯Ri不是無窮大，并且Ri與運算放大比例系數有關，在實際應用中會受到限制(通常前級會加上一個電壓跟隨器解決這個問題)

電路仿真

以上總結了集中運放的基本分析和基本的優缺點，但是這樣的知識點學起來未免也太生硬了，我們最終的目的還是要應用在實際工作中。還是用電路仿真來更加直觀的看看電路是如何把信號進行運算和放大的。如下搭建一個反相的運放電路，根據分析的公式，可以調整反饋網絡，將輸出增益設置成10倍即Rf/Ri=10，并且再進一步既然輸出的信號是反相的，那么我再搭一個增益比例為1倍的運放將信號再反相回來，我們來驗證一下這個電路的效果;