背景：在模擬電子線路學(xué)習(xí)中，大多數(shù)時(shí)間是在學(xué)習(xí)各個(gè)單元電路，分析單元電路。也就是這個(gè)電路是事先搭好的，分析一下它的原理，計(jì)算一下它的輸出。在學(xué)了這些基礎(chǔ)知識(shí)后，除了用于考試，我們是否能設(shè)計(jì)自己的電路呢？本文講解一個(gè)常用的運(yùn)放電路設(shè)計(jì)思路，讓你也可以根據(jù)需求設(shè)計(jì)自己的電路。

敲黑板劃重點(diǎn)：設(shè)計(jì)運(yùn)放電路，要用到運(yùn)放在負(fù)反饋情況下的一個(gè)重要等式。也稱為“虛短路”。利用這個(gè)等式關(guān)系，就可以設(shè)計(jì)出需要的電路功能。所以，第一步要設(shè)計(jì)好等式兩邊，第二步要設(shè)計(jì)出負(fù)反饋。

知識(shí)回顧：運(yùn)放的輸出經(jīng)過電路“黑盒A”和“黑盒B”后到正相和負(fù)相輸入端，在運(yùn)放的深度負(fù)反饋?zhàn)饔孟?，Ua=Ub，這個(gè)等式稱為“虛短路”。（實(shí)際中Ua≈Ub，兩者差值在微伏到毫伏之間，開環(huán)增益越大，差值越小。）例如正相放大器，黑盒A里是R1和R2. 黑盒B里是Ui輸入。

干貨上場(chǎng)????

負(fù)載應(yīng)用舉例

????????電子負(fù)載簡(jiǎn)單的說就是用電子線路來替代電阻這個(gè)常用負(fù)載。設(shè)計(jì)電子負(fù)載前，先看看電阻這種負(fù)載在電路中的使用方法。負(fù)載最常用在測(cè)試電源時(shí)。例如，有一個(gè)做好的小功率12V電源，要測(cè)試一下它的最大允許輸出電流。找來一個(gè)功率滑動(dòng)變阻器。先調(diào)節(jié)到100歐，接到電源的正極和GND上。測(cè)試電源輸出在11.98V。再繼續(xù)減小電阻到30歐，測(cè)試電源輸出到了11.4V，降低到95%，電流為380mA。定這個(gè)降壓5%時(shí)為最大輸出電流。這時(shí)這個(gè)負(fù)載上消耗的功率為 。

????????再例如，有一個(gè)焊接好的用電壓控制的可調(diào)電源，測(cè)試在給定負(fù)載電阻20歐時(shí)的電壓輸出。電源設(shè)計(jì)按控制電壓1V到1.5V變化，輸出對(duì)應(yīng)3V到15V。接上20歐電阻負(fù)載后，控制電壓從1V到1.5V變化，輸出電壓出現(xiàn)非線性。然后帶負(fù)載排查電源電路中的問題原因。

需求分析：通過以上兩例，了解了電阻負(fù)載在調(diào)試電源和測(cè)試電源中的作用。從這些例子中提取電路設(shè)計(jì)的需求。

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設(shè)計(jì)等式

????????從基本的歐姆定理出發(fā)，I = U/R，移動(dòng)分母去掉除號(hào)，I*R=U。等式左邊可以看作是一個(gè)檢流電阻上的電壓，等式右邊可以看作是用戶調(diào)節(jié)電位器得到的分壓。這樣，用戶調(diào)節(jié)電位器的分壓比例K就可以控制檢流電阻里的電流。這個(gè)電流可以用于電子負(fù)載的可調(diào)電流和恒流功能。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? U1= I × R，U2=Vref × K，

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? U1=U2則 I × R = Vref × K，

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? I= Vref × K / R。（可調(diào)電流和恒流模式）

???????????????????????????????????????????????? 用戶通過調(diào)節(jié)電位器來控制電流 I

????????對(duì)于恒阻情況，R= U / I ，電壓和電流同比例變化，就可以得到恒阻。將電位器P1上的基準(zhǔn)電壓Vref換為待測(cè)電源的輸出電壓Uout，電位器分壓比例為K。調(diào)節(jié)電位器的分壓比例K，就可以調(diào)節(jié)電子負(fù)載的恒阻值。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? U2= Uout × K。U1= I × R，

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? U1=U2 得 I = Uout × K / R。 （R是檢流電阻）

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 負(fù)載的電阻= Uout / I= R / K。（可調(diào)電阻和恒阻模式）

設(shè)計(jì)負(fù)反饋

????????有了等式，下一步就是看把等式如何放到“黑盒A”和“黑盒B”里。也就是設(shè)計(jì)負(fù)反饋。有了負(fù)反饋，運(yùn)放的Ua才等于Ub，等式才能工作起來。例如小球A，位置稍有變化，就會(huì)掉落。小球B位置變化后，在重力作用下就會(huì)返回。這就是負(fù)反饋的作用。

????????由基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生的U2，是調(diào)節(jié)分壓比例K得到的，無法反應(yīng)電路中的變化。U1是電流I經(jīng)過電阻R產(chǎn)生的，I越大U1越大。將U1進(jìn)行負(fù)反饋后控制I，則U1增大使I變小。這樣在負(fù)反饋的作用下，電流I就如同小球B一樣，偏離原來的值后，就會(huì)被拉回來。

????????控制電流，需要用到教科書里講到的三極管恒流源（是射隨器結(jié)構(gòu)）。將U1連到Ua，U1的電路放到黑盒A里。U2連到Ub，U2的電路放到黑盒B里。最后的原理圖如下

硬木課堂儀器測(cè)試

實(shí)物搭建

使用±5V給運(yùn)放供電，+V可調(diào)電源用于測(cè)試電子負(fù)載。萬用表測(cè)試電壓和電流。

開啟電源

按下實(shí)物電路中的開關(guān)，先測(cè)試恒流模式

設(shè)置信號(hào)源HSS發(fā)生直流

測(cè)試表格1

????????設(shè)置一個(gè)HSS直流控制恒流值，然后變化+V電源電壓. 檢流電阻R1=1Ω。?

??????? 恒流值 I = HSS直流 / 1 。

??????? 測(cè)試結(jié)果：電壓變化后電子負(fù)載會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)恒流。

彈起實(shí)物電路的開關(guān)，測(cè)試衡阻模式

測(cè)試表格2

????????旋轉(zhuǎn)電位器設(shè)置一個(gè)衡阻值，然后變化+V電源電壓. 測(cè)試電壓和電流。

??????? 恒阻值 R = 電壓 / 電流

????測(cè)試結(jié)果：電壓變化后，電子負(fù)載會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)，使得電壓比電流的值恒定。也就是實(shí)現(xiàn)了衡阻負(fù)載。

注意：如果用萬用表的電阻檔取量電子負(fù)載的電阻值，不能正常測(cè)試。這是因?yàn)槿f用表的電阻檔是通過產(chǎn)生一個(gè)小電流流過待測(cè)電阻，然后測(cè)試待測(cè)電阻上的電壓。然后電壓除以電流計(jì)算出待測(cè)電阻值。例如，用萬用表測(cè)試一個(gè)真實(shí)電阻50Ω，它的兩端電壓16mV。這個(gè)電壓不能使電子負(fù)載內(nèi)部的三極管工作在線性區(qū)。電子負(fù)載內(nèi)部的三極管飽和電壓在0.3V。

另外：電子負(fù)載的實(shí)物圖中，黑色的是散熱片，因?yàn)殡娮迂?fù)載的功率耗散在三極管上。三極管會(huì)發(fā)熱嚴(yán)重。下一講會(huì)使用運(yùn)放設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的純模擬恒溫控制電路。使電子負(fù)載工作的更舒服。