从零学运放—15 运放开发板电路仿真
从零学运放—15 运放开发板电路仿真
我们上节课讲了开发板上的运放电路简单讲解，下面我们逐个对各个电路进行相应的仿真操作。需要的软件是Multisim。
1、Multisim下载及安装
下载地址：http://pan.baidu.com/s/1kVOC9cr
至于安装大家就看里边的文档吧。这个稍微有点麻烦。
2、电路仿真2.1、同相放大，双电源供电直流信号
我们先给它100毫伏，结果如下图
示波器上我们看到，通道A是放大后的电压，通道B是分压后的输入信号，那么同相放大，双电源直流信号这个电路的放大倍数是R4/R3+1=11倍，那么输入信号是92.894mV，最终放大出来的理论值92.894*11=1021.84mV=1.02184伏，那么跟输出差0.693伏，这个电压是对运放自身失调电压的一个放大的结果，也就是信号中叠加了这个运放的失调电压然后进行的放大。
注意，我们可以看到放大的过程最终达到稳态的过程，是有一段曲线的在4ms左右达到的这个值，大家可以注意一下。
那么我们把信号放小了来看一下。结果如下图
我们可以看到，输入是9.940mV，放大之后的数值是146.263mv。理论值9.940*11=109.34毫伏，那么这个差值是146.263mv-109.34=36.923毫伏，这个差值还是对失调电压的一个放大。这款芯片的失调电压最大有3mV，最小有0.02mv有这样一个范围，所以说我们对小信号的话，用这款芯片是不合适的，因为失调电压太大了。
这里我们看到小信号的放大，开始并没有一个到稳态的过程，是直接做了放大。说明芯片对小信号的响应速度还是比较快的。
我们在改下，改成1mV，如下图
输入是957.335uV，输出是47.459mV，理论值957.335uV*11=10530.685=1.0530mV。实际值减理论值47.459-1.053=46.006mV，这就是运放自身失调电压导致的结果，那么我们信号输入零试试。
输入为0时，那么这里我们看到，通过示波器看并不是0，而是一个-40.708uV，这个应该是运放自身的失调电压导致的，经过放大有36.481mV，所以上边的差值我们看到也是在这个范围之内的。那么其实这个东西测试小信号虽然不适合，但是这个误差是可以通过我们的软件来进行处理掉。
那我们在输入一个230mV，我们看到
输出接近电源轨了，那么这体现了我们输入信号和输出是有范围的，这个在芯片手册上都会有，所以我们在使用什么芯片的时候，一定要注意你的输入和输出的范围要求，以及失调电压对输入信号的影响方面的问题或者通过我们输入信号分压的方式来对信号进行相应的获得，通过分压来体现出信号的变化，因为分压出的信号可以说和源信号是等比的关系。
那么我们要注意失调电压的问题不能放大小信号的，mV以上的信号算是大信号了。
2.2、同相放大，单电源供电直流信号
仿真结果100mV输入
放大倍数以及失调电压的影响等，存在的误差，以及输出不能超过电源轨。我们一样可以通过几个值去测试。500mV就已经达到最高输出接近电源轨了。那么这个同相放大单电源电路，我们输入端如果输入的是负压我们会看到，输出虽然输出了一个负压，但是这个负压是因为运放自身的失调电压导致的，那么几乎负压信号都是这个值，说明这样的运放电路我们是不能对负压信号进行检测的。除非用其他方式对信号做反相操作。
那么我们要注意失调电压的问题和不能放大小信号的，mV以上的信号算是大信号了。
2.3、同相放大，双电源供电交流信号
这个电路相对于前面两个电路，多了一个耦合电容C1、偏置电阻R1。250mV交流，1KHz频率信号输入，波形如下。
我们看到经过几个周期的放大，这个放大后的信号波底和波峰已经有失真了。250mV放大11倍已经超出了电源轨。已经是饱和失真了。
我们改成小信号看下50mV
我们看到波形已经正常了，放大50mV放大11倍，实际是545.169mV，理论是50mV*11=550mV，那么交流信号一样的需要考虑失调电压。那么我们可能会注意到，在仿真开始的时候，放大的信号是有波动的，那么这个我们在使用方面一定要注意这个点。波动还是蛮大的。如下图，
波峰和波谷之间是1.093V，那么50mV的输入信号正弦波，它的波峰波谷是100mV那么放大之后就是1.1伏。
这里的交流信号50mV啊什么的说的是半波形，全波形就是100mV。
我们看下1伏输入的话，是什么效果。
它的输出波形已经失真了，就是因为出现了饱和失真，它已经输出到它的电源轨了，已经满电源输出了。
交流信号放大之后，实际波形不在原来波形的中心点，它往下偏了，这是因为R1这个下拉电阻，我们正常取值的话应该是R3和R4这两个电阻并联的值，它的并联值是9.1K，那么我们改成9.1K之后，输出波形就基本没有偏移了，那么这个就是偏置电阻的原因。如果没有这个电阻，它就不会偏移了，这个电阻能不能去掉呢?这个电阻去掉之后它的输出就饱和输出了，所以说我们是不能把这个电阻去掉的。它产生偏移的原因是因为Ib电流，Ib电流乘以这个下拉电阻它会产生一个电压，反馈臂的电阻，它的并联值就是等于这个下拉电阻的值。有了这个电阻，相当于Ib在正相端和反相端的电阻值产生的电压进行抵消，所以说中心点不会偏移。我们可以把这个下拉电阻叫匹配电阻。为什么说这个电阻不能被去掉呢?因为是交流信号，虽然我们是正负2.5供电，理论上它的直流偏置点应该是0伏，由于Ib电流的原因偏置点不在0伏上，而且它输出反馈回来是到地的，同样我们同相端也要下拉电阻到地，这就是我们不做下拉电阻到底不能输出的原因。
2.4、同相放大，单电源供电交流信号1
500mV的交流信号放大11倍，我们看到已经有失真了。
输入100mV的话，相当于200mV的放大（波峰+波谷）
我们看到放大后，不在中心位置，因为是单电源供电，给了一个2.5伏的偏置（R2和R1分压得到的偏置）。这个是单电源交流信号，它这个反馈串了一个电容到地，如果没有这个电容的话，行不行?我们看到仿真器并不能正常运行，说明有问题，说明把这个电容去掉肯定是不行的。结果图如下：
2.5、同相放大，单电源供电交流信号2
应该放大11倍，但是它没有放大11倍是为什么呢?我们直流偏置给的不对（R7和R6直流偏置给的不对）。
我们把直流偏置的方式改成由一路运放来提供这个偏置电压，如下图
我们看到，这回放大出来的信号是我们所需要的值了。为什么呢?因为电阻分压的方式，没有做阻抗变化，也没有做隔离（最主要是没做隔离），所以我们在给运放提供偏置的时候，一定要想到用运放跟随电路的方式来提供偏置。
同相放大器，单电源供电交流信号，反馈回来串联电容到底，电容隔直通交吗，相当于给交流信号一个回路，直流不能通过，整个电路只对交流信号放大不对直流信号放大。那么第二种方式通过偏置到地什么意思呢，因为我们同相端偏置2.5伏，反相端也要偏置个2.5伏，对直流信号一样不做放大，只对交流信号放大，这是加偏置的原因。第二种方式你可以通过同相放大，双电源供电交流信号去理解，就是同相端我们必须有直流偏置的，然后反相端也是偏置于0伏这个点，如下图。
这个电路同相和反相都是偏置0伏，上边的电路呢相当于同相和反都偏置2.5伏，都一样的。
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学习了不错好