电路基础-运算放大器-多运放电路

本文探讨了运放电路的级联应用及其对频率响应的影响。通过具体实例解析了级联电路中总电压增益的计算方法,并介绍了非级联电路的节点分析法。

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通常,运放电路时级联的,如下图。在级联安排中,每级运放的输入是前一级运放的输出,当然第一级运放除外。通常用级联来改善频率响应。


由于运放级的输出电阻要比下一级的输入电阻小得多,所以运放电路没有负载,换句话说,将所有运放电路连接在一起不影响单个的运放电路的工作,这也就意味着总的电压增益Gt 等于单个电压增益G1,G2,G3....的乘积,即Gt=G1*G2*G3*...。

为验明此公式,参看上图的电路,第一级是个反相放大器,第二级是个同相放大器,最后一级是另一个反相放大器。第一个反相放大器的输出电压是-(6/2)Vi=-3Vi,它是同相放大器的输入,同相放大器的输出是(1+4/2)*(-3Vi)=-9Vi,它又是最后一级反相放大器的输入,最后,这一级的输出是Vo=-9Vi*(-10/5)=18Vi。因此,总的电压增益为18,它等于单个电压增益的乘积:Gt=(-3)*3*(-2)=18。

如果电路包含多个非级联的运放电路,就必须用其他的方法。这种情况下,标准的方法是用节点分析法。跟通常情况一样,在各运放的输出端的节点上以及其他不接地节点上指定电压变量。然后利用已知零输入电流写出运放不接地输入端的节点方程。同样也可写出指定电压变量的节点方程,但运放输出节点除外。排除输出节点的原因是运放输出电流未知,如果在这些节点上写节点方程,不需引入额外的电流变量,增加了未知数,通常,这是不希望的。这种标准分析法也可用在仅有一个运放的电路中。

即使多个运放电路不是级联的,但有时也可以按级联处理。特别当输出电压反馈到运放的输入时,应该这样来考虑,而且输出电压常常可以看做另一个输入电压,并将其代入已知的电压增益公式中。

### 二级电路设计方法与教程 二级电路是一种常见的放大器结构,通常由两级放大器组成,具有较高的增益和较好的稳定性。以下是关于二级电路设计的详细说明,包括设计方法、教程和原理图。 #### 1. 二级电路的基本结构 二级电路一般由输入级、中间级和输出级组成。输入级通常采用差分电路以提高共模抑制比(CMRR),中间级采用共射或共源电路以增加增益,输出级则使用电压跟随器或其他形式的缓冲器以提供较大的负载驱动能力[^2]。 #### 2. 设计步骤 - **输入级设计** 输入级的设计需要考虑差分放大器的对称性,确保两个输入端的偏置电流一致。此外,输入级的共模输入范围应尽可能宽,以适应不同的输入信号需求。差分放大器的增益可以通过选择合适的电阻值来调整[^4]。 - **中间级设计** 中间级的主要作用是提供高增益。为了减少寄生电容的影响,通常会加入补偿电容以稳定电路。中间级的增益可以通过计算晶体管的跨导和负载阻抗来确定[^2]。 - **输出级设计** 输出级通常采用互补对称电路(如推挽输出)以提高带负载能力。输出级的设计需要考虑输出电压摆幅和输出电流限制,确保在最大负载条件下仍能正常工作[^5]。 #### 3. 原理图示例 以下是一个简单的二级电路原理图,包含输入级、中间级和输出级: ```plaintext Vin+ --- R1 ---|>|--- R3 --- Vout | | Vin- --- R2 ---|<|--- R4 ---| | GND ``` - **输入级**:由R1、R2和差分对管组成。 - **中间级**:由R3和大晶体管组成。 - **输出级**:由R4和推挽输出晶体管组成。 #### 4. 仿真与验证 在设计完成后,可以使用Multisim等仿真工具对电路进行验证。设置输入信号为正弦波或方波,并观察输出波形是否符合预期。同时,需要注意运算放大器的饱和情况,避免因输入信号过大导致输出失真[^1]。 #### 5. 注意事项 - 在设计过程中,需遵循“虚短路”和“虚断路”规则,以简化分析过程[^1]。 - 对于光耦等隔离元件,需根据实际工作电流选择合适的参数,避免因电流过大或过小导致误动作。 --- ###
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