V-,因为此时,V- 还是 0, 这会导致 Vout 输出正饱和电压 +Vsat。一旦 Vout 达到正饱和电压,又会导致 V+
上面的过程时间极短,产生一个振幅非常小并且振幅逐渐收缩的振荡,最终 Vout = Vin。在这样的一个过程中 V+ 和 V- 的电压差逐渐减小,最终两者相等。
上图仅仅是为了理解跟随器原理画的,实际电压跟随器电路中振铃很小,基本上没有,你可以假装它不存在。
因为输入信号被施加到同相输入端,所以不可能会发生反相。因此,电压跟随器是一个同相缓冲器。
如果将一个可调电阻接到运放跟随器的同相输入端,调整其电压,能够正常的看到输出电压一直会跟着输入变大或变小,并且始终相等:
电压跟随器将输出信号完整的反馈到输入引脚,若使用一个电阻分压网络将输出电压的一小部分反馈到输入引脚,则会造成放大的效果。电路图如下:
由分析方法 2 我们大家都知道:运放总是会竭尽所能维持两个输入引脚电压相等,即 V+=V-。Rf和 R1 组成电阻分压网络,如果我们大家都知道 V- = Vin,根据电阻分压公式:
Vout/Vin 就是运放的放大倍数,或者增益(Gain), 所以运放同相放大器的增益为:
从上面运放的增益公式我们也能够准确的看出为什么电压跟随器的放大倍数为 1。因为跟随器的 Rf 相当于是0, R1 对地开路,相当于无穷大,结合起来就是 1 :
同相放大器的输入信号从同相输入引脚 V+ 进入,输出信号和输入信号是同相的。如果将输入信号从反相引脚输入,则会构成反相放大器,电路图如下:
在负反馈运放电路中,运放总是竭尽所能以让两个输入引脚的电压相等。而此时 V+ 接地,其电压等于 0 伏。所以V- 电压也是 0 伏,但实际上 V- 引脚并未真正的物理接地,我们将其称为虚拟地(Virtual Ground)或者虚地:
又因为流入或流出运放输入引脚的电流为零, 所以这个 1mA 电流不能流入运放输入引脚:
由欧姆定律可知,Rf 两端的压降等于 1mA*10k = 10V。电阻 Rf 左边虚地,电压为 0 伏, 那么其右边电压就为 -10 伏。也就是说输出电压为 -10 伏。
和同相放大电路相比,反相放大电路有一个小小的缺陷。就是该电路从输入信号中吸取了一小部分电流(但不是通过输入引脚),对输入信号造成了某些特定的程度的损耗。这样的一个问题可以通过在此之前加一个电压跟随器解决,电压跟随器隔离了输入信号,隔离后的损失不可能影响到原始信号。
2 伏峰峰值正弦波输入,20 伏输出,放大 10倍。它是一个反相放大器,输出正好相差 180 度,所以是上下颠倒的。
如果我们把测量输出信号的 CH2 探头放到运放反相输入引脚上,能够正常的看到信号消失了,因为此点是虚拟地:
在调试运放电路时,要注意这个信号消失是正常的,它会在运放的输出引脚复现出来,但在反相输入引脚确测不到。此时要注意运放和电路都没有毛病,不用怀疑自己,也不用怀疑板子。
这个共模范围指定了输出的最小值为负电源电压,最大值为正电源减去 1.5 伏。对于一个正电源为+12 伏的 LM358 而言,其输出信号最大值为:12 - 1.5 =10.5 伏左右。我们前面输入 1 伏(幅度值)的正弦波,放大后的输出信号最大值为 10 伏,刚好在这个范围内:
如果我们把信号的幅度增大一点,增加到 1.15 伏,则输出信号会增加到 10.8 伏, 这会导致输出信号出现削波的现象:
注意此时输出波形的负半周并没有被削波,因为此时负电源电压 -12 伏还是满足的。
今天我们一起学习了运放负反馈电路,知道了分析负反馈电路的两条法则。使用这两条规则可以分析所有的运放负反馈电路: