硬件 - 运放

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【全文大纲】 : https://blog.youkuaiyun.com/Engineer_LU/article/details/135149485

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1 . 概要

1 . 运放主要作用是放大输入信号,但也可用于比较信号,其实内部原理是比较
2 . 以下内容作者以极简风格,尽量通俗易懂描述

2 . 常用运放类型

2 . 1反相比例运放

• 顾名思义就是信号从反相端进入,如图所示
  

• 计算公式 : $Vo=-Vi\frac{Rf}{R1}$

• 图中的R2为了平衡输入,为什么要平衡,因为运放始终希望共摸输入阻抗一致(R2串在正相端,图未标)

2 . 2正相比例运放

• 顾名思义就是信号从正相端进入,如图所示
  
• 计算公式 : $Vo=Vi\ast \frac{Rf}{R1}+Vi$
• 图中的Ri也是为了平衡输入,为什么要平衡,因为运放始终希望共摸输入阻抗一致

2 . 3反相比例运放扩展

• 以下方式比标准反向运放多了R4，作用是通过无需加大R2R3的阻值，通过引入R4常规阻值即可放大较大倍数
  

• 计算公式 : $Vo=-(\frac{R2+R3}{R1}+\frac{R2\ast R3}{R1\ast R4})$， 前半部分是常规反向放大倍数，后半部分是通过R4引入的放大倍数，假设输入端电压大于输出端电压来推导

• 推导过程 :

  1. $\frac{Vi}{R1}=\frac{-Vm}{R2},\frac{-Vm}{R2}+\frac{-Vm}{R4}=\frac{Vm-Vo}{R3}$
  2. $V_m=\frac{R2R4}{R2R3+R3R4+R2R4}{V}_o$
  3. $V_i=-\frac{R1(R2+R3+R4)}{R2R3}{V}_o$
  4. $Vo=-(\frac{R2R3}{R1R2}+\frac{R2R3}{R1R3}+\frac{R2R3}{R1R4})V_i$
  5. $Vo=-(\frac{R2+R3}{R1}+\frac{R2\ast R3}{R1\ast R4})V_i$

• 其实可以想象若R4为无穷大，不就是标准反向放大吗，那若R4无限接近0，那也就是接近满放大倍数，因此R4越小放大倍数越大

• 电路理解，根据基尔霍夫定律(KCL)流过R2的电流+流过R4的电流等于流过R3的电流，若流过R4的电流比较大，那流过R3的电流也比较大，$R=\frac{U}{I}$，R是定值，I增大，那U也势必增大来维持定律，总而言之就是你前面支路流了多大电流，那我后端肯定也是这么多电流，如果不过就继续加压，加压后除电阻得出的电流维持，那这里抛出疑问【Q】如果加压也达不到这个电流呢？ 【A】那没办法，只能加到运放上限电压，溢出部分的电阻其实是在回路中的阻抗(元器件阻值或IC内部内阻)，从而维持基尔霍夫定律(KCL)，最终运放正负端电压维持一致，输出则稳定输出，其实就是引入R4得出电位Vm，而这个分压点(0-Vm)相对(Vi-0)是倍数缩放关系，因此通过R2与R1比值来放大Vm电压，而Vm与Vo有上述步骤二关系，因此通过以上关系得出Vi与Vo关系。

3 . 运放解释

虚短虚断其实是一个等似的思维去看待，但实际并不是，假设存在负反馈回路，虚短是因为运放最终会根据输出平衡正相和反相输入的电位，虚断是因为运放输入阻抗非常大，电流直接从输入流到输出，或者输出流到输入，几乎不流入运放内部

为什么运放能放大，这里抛出一个 “控制概念” ，只要正相输入电压 > 反相输入电压，那么输出电压就会从0逐步上升到运放供电电压，由于输出连回了输入负端，那么负端输入电压就会被抬高，直到与正相输入电压平衡，此时输出就稳定了，那么这个过程中，输出电压相当于一开始从0上升到稳定的电压，这个电压就是“被放大的电压”，那从哪个环节放大的？答案是反馈回路的电阻与输入电阻之比，通过改变抬高输入电压的比例从而控制输出。

4 . 小结

内容秉承简约风格描述，谢谢观看。

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