經(jīng)典運(yùn)放電路分析經(jīng)典

1、資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正或者刪除從虛斷，虛短分析基本運(yùn)放電路運(yùn)算放大器組成的電路五花八門，令人眼花腹亂，是模擬電路中學(xué)習(xí)的重點(diǎn)。在分析它的工作原理時(shí)倘沒有抓住核心，往往令人頭大。為此本人特搜羅天下運(yùn)放電路之應(yīng)用，來個(gè)“庖丁解牛，希望各位看完后有所斬獲.遍觀所有模擬電子技戊的書籍和課程，在介紹運(yùn)算放大器電路的時(shí)候，無非是先給電路來個(gè)定性，比如這是一個(gè)同向放大器，然后去推導(dǎo)它的輸出與輸入的關(guān)系，然后得出V。=(1+Rf)Vi,那是一個(gè)反向放大器，然后得出V。=-Rf*Vi最后學(xué)生往往得出這樣一個(gè)印象：記住公式就可以了！如果我們將電路稍稍變換一下，他們就找不著北了！今天，教各

2、位戰(zhàn)無不勝的兩招，這兩招在所有運(yùn)放電路的教材里都寫得明白，就是“虛短和“虛斷，不過要把它運(yùn)用得出神入化，就要有較深厚的功底了。虛短和虛斷的概念由于運(yùn)放的電壓放大倍數(shù)很大，一般通用型運(yùn)算放大器的開環(huán)電壓放大倍數(shù)都在80dB以上。而運(yùn)放的輸出電壓是有限的，一般在10C14V。因此運(yùn)放的差模輸入電壓不足ImV,兩輸入端近似等電位，相當(dāng)于“短路”。開環(huán)電壓放大倍數(shù)越大，兩輸入端的電位越接近相等.“虛短”是指在分析運(yùn)算放大器處于線性狀態(tài)時(shí)，可把兩輸入端視為等電位，這一特性稱為虛假短路，簡稱虛短.顯然不能將兩輸入端真正短路。1 / 18資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正或者刪除由于運(yùn)放的差模

3、輸入電阻很大，一般通用型運(yùn)算放大器的輸入電阻都在1MQ以上。因此流入運(yùn)放輸入端的電流往往不足luA,遠(yuǎn)小于輸入端外電路的電流.故# / 18資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處,請聯(lián)系改正或者刪除通常可把運(yùn)放的兩輸入端視為開路，且輸入電阻越大，兩輸入端越接近開路?！疤摂唷笔侵冈诜治鲞\(yùn)放處于線性狀態(tài)時(shí)，可以把兩輸入端視為等效開路，這一特性稱為虛假開路，簡稱虛斷。顯然不能將兩輸入端真正斷路。在分析運(yùn)放電路工作原理時(shí)，首先請各位暫時(shí)忘掉什么同向放大、反向放大,什么加法器、減法器，什么差動輸入暫時(shí)忘掉那些輸入輸出關(guān)系的公式這些東東只會干擾你，讓你更糊涂；也請各位暫時(shí)不要理會輸入偏置電流、共模抑制比、失

4、調(diào)電壓等電路參數(shù)，這是設(shè)計(jì)者要考慮的事情。我們理解的就是理想放大器（其實(shí)在維修中和大多數(shù)設(shè)計(jì)過程中，把實(shí)際放大器當(dāng)做理想放大器來分析也不會有問題）。好了，讓我們抓過兩把“板斧”“虛短”和“虛斷，開始“庖丁解牛了。1）反向放大器：圖1圖一運(yùn)放的同向端接地二0V,反向端和同向端虛短，所以也是0V,反向輸入端輸入電阻很高,虛斷，幾乎沒有電流注入和流出，那么R1和R2相當(dāng)于是串聯(lián)的,流過一個(gè)串聯(lián)電路中的每一只組件的電流是相同的，即流過R1的電流和流過R2的電流是相同的。3 / 18資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正或者刪除流過R1的電流:Il=(Vi-V)/R1a流過R2的電流：I2=(

5、V-Vout)/R2bV-=V+=0c11=12d求解上面的初中代數(shù)方程得Vout=(-R2/Rl)*Vi這就是傳說中的反向放大器的輸入輸出關(guān)系式了.2)同向放大器：圖2圖二中Vi與V虛短，則Vi=V-a因?yàn)樘摂啵聪蜉斎攵藳]有電流輸入輸出，通過R1和R2的電流相等，設(shè)此電流為I,由歐姆定律得：1=Vout/(Rl+R2)bVi等于R2上的分壓,即：Vi=I*R2c由abc式得Vout=Vi*(Rl+R2)/R2這就是傳說中的同向放大器的公式了。3)加法器1:# / 18資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正或者刪除圖三中，由虛短知:V-=V+=0a由虛斷及基爾霍夫定律知，通過R2與

6、R1的電流之和等于通過R3的電流，故(VI-V-)/R1+(V2-V)/R2=(V-Vout)/R3b代入a式,b式變?yōu)閂l/Rl+V2/R2=Vout/R3如果取R1=R2=R3,則上式變?yōu)?Vout=Vl+V2,這就是傳說中的加法器了。4)加法器2：圖4請看圖四。因?yàn)樘摂?，運(yùn)放同向端沒有電流流過，則流過R1和R2的電流相等,同理流過R4和R3的電流也相等。故(VI-V+)/Rl=(V+V2)/R2a(Vout-V-)/R3=V/R4b由虛短知:V+川-c如果R1=R2,R3=R4,則由以上式子可以推導(dǎo)出V+=(V1+V2)/2V-=Vout/2故Vout=Vl+V2也是一個(gè)加法器，呵呵！5

7、)減法器圖5圖五由虛斷知，通過R1的電流等于通過R2的電流，同理通過R4的電流等于R3的電流,故有(V2-V+)/R1=V+/R2a(VI-V-)/R4=(V-Vout)/R3b如果R1=R2,則V+=V2/2c如果R3=R4,則V-=(Vout+Vl)/2d由虛短知V+=Ve所以Vout=V2-Vl這就是傳說中的減法器了。6)積分電路：圖6圖六電路中，由虛短知，反向輸入端的電壓與同向端相等，由虛斷知，通過R1的電流與通過C1的電流相等.通過R1的電流i=V1/R1通過C1的電流i=C*dUc/dt=-C*dVout/dt所以Vout二(一1/(R1*C1)/Vldt輸出電壓與輸入電壓對時(shí)間的

8、積分成正比,這就是傳說中的積分電路了。若VI為恒定電壓U,則上式變換為Vout=-U*t/(Rl*Cl)t是時(shí)間，則Vout輸出電壓是一條從0至負(fù)電源電壓按時(shí)間變化的直線。7)微分電路:圖七中由虛斷知，通過電容C1和電阻R2的電流是相等的，由虛短知，運(yùn)放同向端與反向端電壓是相等的.貝ij：Vout=-iR2=-(R2*Cl)dVl/dt這是一個(gè)微分電路。如果VI是一個(gè)突然加入的直流電壓，則輸出Vout對應(yīng)一個(gè)方向與VI相反的脈沖.8)差分放大電路由虛短知Vx=VlaVy=V2b由虛斷知，運(yùn)放輸入端沒有電流流過，則RI、R2、R3可視為串聯(lián)，通過每一個(gè)電阻的電流是相同的，電流I=(Vx-Vy)/

9、R2c則：Vol-Vo2=I*(Rl+R2+R3)=(VxVy)(R1+R2+R3)/R2d由虛斷知，流過R6與流過R7的電流相等,若R6=R7,則Vw二Vo2/2e同理若R4=R5,貝ijVout-Vu=Vu-Vol,故Vu=(Vout+Vol)/2f由虛短知，Vu=Vwg由efgVout=Vo2-Volh由dh得Vout=(Vy-Vx)(R1+R2+R3)/R2上式中(R1+R2+R3)/R2是定值，此值確定了差值(Vy-Vx)的放大倍數(shù)。這個(gè)電路就是傳說中的差分放大電路了。9)電流檢測：9 / 18資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正或者刪除I-九圖9分析一個(gè)大家接觸得較多的

10、電路.很多控制器接受來自各種檢測儀表的20mA或420mA電流，電路將此電流轉(zhuǎn)換成電壓后再送ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，圖九就是這樣一個(gè)典型電路。如圖420mA電流流過采樣100Q電阻R1,在R1上會產(chǎn)生0.42V的電壓差。由虛斷知，運(yùn)放輸入端沒有電流流過，則流過R3和R5的電流相等，流過R2和R4的電流相等。故：(V2Vy)/R3=Vy/R5a(VIVx)/R2=(VxVout)/R4b由虛短知：Vx=Vyc電流從020mA變化,則VI=V2+(0。42)d由cd式代入b式得(V2+(0°42)Vy)/R2=(Vy-Vout)/R4e如果R3=R2,R4=R5,則由ea得Vout=(0.

11、42)R4/R2f圖九中R4/R2=22k/10k=2。2,則f式Vou廿一(0。884。4)V,io / 18資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正或者刪除即是說,將420mA電流轉(zhuǎn)換成了-0.88-4。4V電壓，此電壓可以送ADC去處理.注：若將圖九電流反接既得Vout=+（0.884。4）V,10）電壓電流轉(zhuǎn)換檢測:11 / 18電流可以轉(zhuǎn)換成電壓，電壓也可以轉(zhuǎn)換成電流。圖十就是這樣一個(gè)電路。上圖的負(fù)反饋沒有通過電阻直接反饋，而是串聯(lián)了三極管Q1的發(fā)射結(jié)，大家可不要以為是一個(gè)比較器就是了.只要是放大電路，虛短虛斷的規(guī)律仍然是符合的！由虛斷知，運(yùn)放輸入端沒有電流流過，貝ij(Vi

12、-VI)/R2=(VI-V4)/R6a同理(V3-V2)/R5=V2/R4b由虛短知V1=V2c如果R2=R6,R4=R5,則由abc式得如一V4=Vi上式說明R7兩端的電壓和輸入電壓Vi相等,則通過R7的電流I=Vi/R7,如果負(fù)資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處,請聯(lián)系改正或者刪除載RL«100KQ,則通過R1和通過R7的電流基本相同。11）傳感器檢測：13 / 18資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正或者刪除來一個(gè)復(fù)雜的，呵呵！圖H"一是一個(gè)三線制PT100前置放大電路.PT100傳感器引出三根材質(zhì)、線徑、長度完全相同的線，接法如圖所示。有2V的電壓加在

13、由R14、R20、R15、Zl、PT100及其線電阻組成的橋電路上。Zl、Z2、Z3、Dll.D12、D83及各電容在電路中起濾波和保護(hù)作用，靜態(tài)分析時(shí)可不予理會，Zl、Z2、Z3可視為短路，D1KD12、D83及各電容可視為開路。由電阻分壓知,V3=2*R20/(R14+20)=200/1100=2/11a由虛短知,U8B第6、7腳電壓和第5腳電壓相等V4=V3b由虛斷知,U8A第2腳沒有電流流過，則流過R18和R19上的電流相等。(V2-V4)/R19=(V5-V2)/R18c由虛斷知,U8A第3腳沒有電流流過,V1=V7d在橋電路中R15和Zl、PT100及線電阻串聯(lián),PH00與線電阻串聯(lián)分得的電壓通過電阻R17加至U8A的第3腳,V7=2*(Rx+2R0)/(R15+Rx+2R0)。e由虛短知,U8A第3腳和第2腳電壓相等,V1=V2f由abcdef得，(V5V7)/100=(V7V3)/2o2化簡得V5=(102。2*V7-100V3)/2.2即V5=204.4(Rx+2R0)/(1000+Rx+2R0)-200/11g上式輸出電壓V5是Rx的函數(shù)我們再看線電阻的影響。PtlOO最下