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请教:三运放放大电路仿真与理论计算不一致

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出0入0汤圆

发表于 2011-8-16 19:39:06 | 显示全部楼层 |阅读模式
大家好,请教一个关于三运放放大电路的问题。

其中为了方便计算,其中所有的电阻都设为相同的阻值。
以multisim的电路图为例(图见下)。当R1=R3,R5=R4,R6=R7的情况下,则
Vout = (V2-V1)*(1+2*R1/R2)*R6/R5
所以,Vout = (V2-V1)*3
但是用multisim,proteus,TINA(德州仪器的软件)仿真的结果都不是如此。结果都是1.5倍。

不知道哪里出了问题。谢谢大家指教!



(原文件名:multisim.jpg)


(原文件名:proteus.jpg)


(原文件名:Tina90.jpg)

仿真文件下载:
点击此处下载 ourdev_668288KRR4SO.rar(文件大小:81K) (原文件名:三运放.rar)

阿莫论坛20周年了!感谢大家的支持与爱护!!

一只鸟敢站在脆弱的枝条上歇脚,它依仗的不是枝条不会断,而是自己有翅膀,会飞。

出0入0汤圆

发表于 2011-8-16 20:59:13 | 显示全部楼层
粗略看,换双电源试试。

出0入0汤圆

发表于 2011-8-16 21:04:40 | 显示全部楼层
第一幅图里万用表在直流档

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2011-8-16 22:18:40 | 显示全部楼层
回复【1楼】mzbhy  饼饼
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我查了下datasheet,选用的都是适合于单电源的放大器。因为实际也希望是单电源。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2011-8-16 22:19:11 | 显示全部楼层
回复【2楼】blackhorse21  夜驰风
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确实是直流挡。我考虑的是稳态的情况。

出0入0汤圆

发表于 2011-8-16 23:11:48 | 显示全部楼层
回复【楼主位】leonlhf
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哎,现在能静心下来学模电、搞模电的人越来越少了!

软件仿真OK的就不管,仿真有问题的也都不注重分析了!


三运放构成仪表运放能够正常工作是有前提条件的,即第一级的2个运放和第二级的1个运放都要求工作在:深度负反馈状态!

物理表现是:每个运放都工作在线性放大区,且反相端的电压无穷接近与正相端的电压(必须让“虚短”成立)!

【楼主的问题点】:第一级中给后面反相端提供信号的那个运放没有处于深度负反馈(实际处于比较输出状态),虚短不成立了!
              呵呵,那输出自然不符合理论预期了!!
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【基本问题】:
1.是什么阻碍了那个运放形成“虚短”?              (如果这个回答不出,说明模电学的确实不咋滴^_^)
2.为什么增益总是1.5?而不是1.2,1.8或其它的数字呢? (如果这个回答不出,说明线性电路学的确实不咋滴^_^)
3.怎样改进才能让输出符合理论预期呢?               (如果你能回答出1、2,这个自然是小case!恭喜你,连克三关^_^)
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【引申问题】:
1.负反馈电路中,运放输出如何受运放开环增益Aol和反馈系数F影响的?
2.运放接成负反馈电路后,“虚短”一定会存在吗?
3.电路中,有哪些因素可以让原来负反馈电路的“虚短”被破坏?

我经常用后面的问题问前来应聘的人,到目前为止,还没有遇到一个能很好回答的人。
如果负反馈理论没学好、运放内部模型不清楚、实际应用经验不足的话,这些问题是不好给出答案的。
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哎呀,太罗嗦了,呵呵,楼主和各位观众见谅!
只是想说,学好模电,要注重分析问题和拓展问题!!


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        上面问题的答案在 18楼 和 19楼

   呵呵,19楼中在【引申问题】上又引申了新问题,大家有兴趣可以看看^_^

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出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2011-8-17 09:10:01 | 显示全部楼层
回复【5楼】fishplj2000  
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真是谢谢您的详细的回答,说来惭愧我其实不是学电子的,是学机械的,为了应用只能硬着头皮上。

您提的那几个问题,我还是不太明白,能不能指一条有效的解决问题的方法呢?或者,告诉我该如何在这方面学习,有了方法,我以后遇到问题也能自己寻找方法。

还是谢谢了!

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 09:22:04 | 显示全部楼层

(原文件名:3运放.JPG)

3运放第一步:4节点分析。
从上到下,由虚短:节点2=2V,节点3=0V。
问题来了,你1、4节点间电压是运放3的差分输入。
节点3是0,而你单电源供电,节点4怎么也低不下去啊!
结论:换双电源。

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 09:24:32 | 显示全部楼层
你想单电源可以,动态点拉到2.5V。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2011-8-17 10:55:01 | 显示全部楼层
回复【9楼】mzbhy  饼饼
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谢谢饼饼,我在模拟中用了双电源,问题确实解决了。但是单电源还是不行。

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 11:50:59 | 显示全部楼层
回复【10楼】leonlhf
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单电源的话,两个差分输入上加个共模电压,同时保证第一级的两个输出不要超过电源正轨和负轨!!

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 14:10:52 | 显示全部楼层
回复【10楼】leonlhf
单电源还是不行。
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单电源是可以的。
只是,因LM324不具有轨至轨的输入输出特性,故输入和输出的范围是受限的。


(原文件名:单电源三运放.png)

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2011-8-17 14:16:37 | 显示全部楼层
回复【11楼】fishplj2000  
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fish说得对啊,加了工模电压就正常了,而且第一级的两个输出不能超过电源正负极值。

不知道fish是否有空,解释下其中缘由呢?受益匪浅,十分感谢!

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2011-8-17 14:18:16 | 显示全部楼层
回复【12楼】JQ_Lin  
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那个,什么是“轨至轨的输入输出特性”呀?我初学,还望不吝赐教。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2011-8-17 14:36:50 | 显示全部楼层
回复【5楼】fishplj2000  
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回看fish提的6个问题,确实颇有见地,给人很大的启发。

如果fish有空能自问自答一下,就更功德无量啦!

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 17:37:18 | 显示全部楼层
学习了

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 19:06:00 | 显示全部楼层
回复【5楼】fishplj2000  
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求解答啊  想了半天也没弄明白

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 21:17:55 | 显示全部楼层
【基本问题】:

1.是什么阻碍了那个运放形成“虚短”?
    答:那个运放实际上很“憋屈”,虽然它很“帅”,不停的调整输出电压,让负相端趋向于正相端,奈何被电源负轨这个“花痴”给缠住了,只能被“定”在那无法调整输出,反馈进行到一半就“悲催”了!哎,可怜的“娃”,“空有一腔热血,奈何时运不济”。

      
2.为什么增益总是1.5?而不是1.2,1.8或其它的数字呢?
看图吧,清晰易懂,还不明白的话,可以撞豆腐了

(原文件名:三运放new.JPG)


3.怎样改进才能让输出符合理论预期呢?              
   答:给那个“很帅但很憋屈”运放提供“施展的舞台”,让它不要被正轨或负轨“这对姐妹花”迷住!
方法1.使用双电源;
方法2.加共模电压;
方法3.U1B上加一个直流电平V'(如1.5V),然后把第二级R6的接地换成3V'(如4.5);

上面三种方法都可以对输入的2V进行正确的3倍放大!当然了方法3中的V'不是随便选的,它要满足一定的约束,这个约束是什么,大家应该想明白了吧^_^

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 21:38:59 | 显示全部楼层
【引申问题】:

1.负反馈电路中,运放输出如何受运放开环增益Aol和反馈系数F影响的?
答:大家回去翻翻康华光或者童诗白《模电》中的负反馈那章吧!

2.运放接成负反馈电路后,“虚短”一定会存在吗?
答:No,必须要满足一定的条件!
    其实正相端和负相端始终是有压差的,没压差就不可能进行放大!
   “虚短”的物理表现:压差<<输入信号;
                 用途:负相端的电压等于正相端的电压,可以简化理论计算

3.电路中,有哪些因素可以让原来负反馈电路的“虚短”被破坏?
答:1.反馈网络中相位延迟;
    2.运放的输出电流能力;
    3.运放的开环增益Aol;
    4.反馈系数F
上述都可以让“负反馈”被破坏!当然啦,还有其他的~

那这四个是在什么样的特殊情况下破坏掉“虚短”的呢,大家可以思考下^_^

不明白的话,翻书吧 !  明白了的话,那恭喜你了,你已经不是那种会考试的优秀学生了

出0入0汤圆

发表于 2011-8-18 17:06:13 | 显示全部楼层
回复【19楼】fishplj2000  
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太感谢了  分析的真透彻  你对运放真的非常了解   我还有个问题  就是上面的三运放的电路怎么走向呢? 现在的电阻非常大 电流很小  如果我把电阻换成小一点儿的值改变电路么  运放的输入输出电流都应该很小

出0入0汤圆

发表于 2011-8-18 17:35:40 | 显示全部楼层
mark

出0入0汤圆

发表于 2011-8-19 00:25:16 | 显示全部楼层
mark 打雷了明天看

出0入0汤圆

发表于 2011-8-19 00:39:07 | 显示全部楼层
mark

出0入0汤圆

发表于 2011-8-19 00:45:53 | 显示全部楼层
回复【19楼】fishplj2000  
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fishplj2000  大师很爱讲课。膜拜一下牛人。
什么时候能有你这样深入的见解。
虽然我看到图的时候,第一反应就是应该上双电源,但是自己却说不明白。
然后仔细看了电路,真的应该自打嘴巴,这应该都懂的。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2011-8-19 09:29:13 | 显示全部楼层
回复【19楼】fishplj2000  
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谢谢fish啊,对这个问题有了深入的了解。我会好好去补补模电的课的。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2011-8-19 09:37:32 | 显示全部楼层
问题都搞明白了,谢谢大家啦。这论坛的牛人真多啊,好心人也多。哈哈!

出0入0汤圆

发表于 2011-8-23 10:06:08 | 显示全部楼层
mark

出0入0汤圆

发表于 2011-8-23 10:25:53 | 显示全部楼层
MARK

出0入0汤圆

发表于 2011-9-17 23:19:45 | 显示全部楼层
mark

出0入0汤圆

发表于 2011-9-21 15:35:38 | 显示全部楼层
做个记号先

出0入0汤圆

发表于 2011-9-24 21:03:39 | 显示全部楼层
很明显U1B并未工作在负反馈状态,因为如果要工作到负反馈状态,输出电压必须为负电压,但是运放负端电源电压仅为0V。

出0入0汤圆

发表于 2011-10-27 13:19:00 | 显示全部楼层
mark

出0入0汤圆

发表于 2011-12-16 13:21:37 | 显示全部楼层
一边看《基于运算放大器的电路设计》,一边来看看坛子里的问题与高手解答,确实获益不少
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