經(jīng)典運放電路分析報告(經(jīng)典)

1、實用標(biāo)準(zhǔn)從虛斷，虛短分析基本運放電路運算放大器組成的電路五花八門，令人眼花瞭亂，是模擬電路中學(xué)習(xí)的重 點。在分析它的工作原理時倘沒有抓住核心，往往令人頭大。為此本人特搜羅 天下運放電路之應(yīng)用，來個“庖丁解?！保Ｍ魑豢赐旰笥兴鶖孬@。遍觀所有模擬電子技Tft的書籍和課程，在介紹運算放大器電路的時候，無 非是先給電路來個定性，比如這是一個同向放大器，然后去推導(dǎo)它的輸出與輸 入的關(guān)系，然后得出Vo=(1+Rf)Vi ,那是一個反向放大器，然后得出Vo=-Rf*Vi最后學(xué)生往往得出這樣一個印象：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，教各位戰(zhàn)無不勝的兩招，這兩招在所有運

2、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放的電壓放大倍數(shù)很大，一般通用型運算放大器的開環(huán)電壓放大倍數(shù)都在80 dB以上。而運放的輸出電壓是有限的，一般在 10 V14 V。因此運放的差模輸入電壓不足1 mV,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?！疤摱獭笔侵冈诜治鲞\算放大器處于線性狀態(tài)時，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。由于運放的差模輸入電阻很大，一般通用型運算放大器的輸入電 阻都在1MQ以上。因此流入運放輸入端

3、的電流往往不足1uA,遠(yuǎn)小于輸入端外電路的電流。故 通?？砂堰\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\放處于線性狀態(tài)時，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。在分析運放電路工作原理時，首先請各位暫時忘掉什么同向放大、 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；也請各位暫時不要理會輸入 偏置電流、共模抑制比、失調(diào)電壓等電路參數(shù)，這是設(shè)計者要考慮的事情。我 們理解的就是理想放大器（其實在維修中和大多數(shù)設(shè)計過程中，把實際放大器 當(dāng)做理想放大器

4、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?！?了。1）反向放大器：圖一運放的同向端接地=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。流過 R1 的電流：I1 = (Vi - V-)/R1a流過 R2 的電流：I2 = (V- - Vout)/R2bV- = V+ = 0 cI1 = I2求解上面的初中代數(shù)方程得 Vout = (-R2/R1)*Vi這就是傳說中的反向放大器的輸入輸

5、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因為虛斷，反向輸入端沒有電流輸入輸出，通過R1和R2的電流相等，設(shè)此電流為I ,由歐姆定律得：I = Vout/(R1+R2) bVi等于R2上的分壓，即：Vi = I*R2 c由abc式得Vout=Vi*(R1+R2)/R2這就是傳說中的同向放大器的公式了。3)加法器1:R3-150P1圈三圖三中，由虛短知：V- = V+ = 0由虛斷及基爾霍夫定律知，通過R2與R1的電流之和等于通過R3的電流，故(V1-V-)/R1 + (V2- V-)/R2 = (V- Vout)/R3代入a式，b式變?yōu)閂1/R1 + V2/R2

6、 = Vout/R3 如果取R1=R2=R3則上式變?yōu)?Vout=V1+V2,這就是傳說中的加法器了。文檔4）加法器2:+四-15請看圖四。因為虛斷，運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(V1 - V+)/R1 = (V+ - V2)/R2 a(Vout V-)/R3 = V-/R4b由虛短知：V+ = V-c如果R1=R2 R3=R4則由以上式子可以推導(dǎo)出 V+=(V1 + V2)/2 V- = Vout/2 故 Vout = V1 + V2也是一個加法器，呵呵!5）減法器圖五由虛斷知，通過R1的電流等于通過R2的電流，同理通過R4的電流等

7、于R3 的電流，故有(V2 - V+)/R1 = V+/R2 a(V1 - V-)/R4 = (V- - Vout)/R3 b如果R1=R2 則V+ = V2/2 c如果 R3=R4 貝U V- = (Vout + V1)/2 d由虛短知V+ = V- e所以Vout=V2-V1這就是傳說中的減法器了6)積分電路: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=(-1/(R1*C1)/V1dt輸出電壓與輸入電壓對時間的積分成正比，這就是傳說

8、中的積分電路了。若V1為恒定電壓U,則上式變換為 Vout = -U*t/(R1*C1) t是時間，則Vout輸出電壓是一條從0至負(fù)電源電壓按時間變化的直線。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，運放同向端與反向端電壓是相等的。則：Vout = -i * R2 = -(R2*C1)dV1/dt這是一個微分電路。如果V1是一個突然加入的直流電壓，則輸出 Vout對應(yīng)一個方向與V1相反的脈 沖。8)差分放大電路OP-0圖8由虛短知Vx = V1 aVy = V2b由虛斷知，運放輸入端沒有電流流過，則R1、R2、R3可視為串聯(lián)，通過每一個電阻的電流是相同的，

9、電流I=(Vx-Vy)/R2 c貝 U: Vo1-Vo2=I*(R1+R2+R3) = (Vx-Vy)(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 = Vo2/2e同理若 R4=R5 則 Vout - Vu = Vu - Vol ,故 Vu = (Vout+Vo1)/2 f由虛短知，Vu = Vw g由 efg 得 Vout = Vo2 - Vol h由 dh 得 Vout = (Vy Vx)(R1+R2+R3)/R2 上式中(R1+R2+R3)/R2是定值，止匕值 確定了差值(Vy -Vx)的放大倍數(shù)。這個電路就是傳說中的差分放大電路了9)電流檢

10、測:圖9分析一個大家接觸得較多的電路。很多控制器接受來自各種檢測儀表的020m破420mAfe流，電路將此電流車換成電壓后再送 ADC專換成 數(shù)字信號，圖九就是這樣一個典型電路。如圖 420mAt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：(V2-Vy)/R3 = Vy/R5 a(V1-Vx)/R2 = (Vx-Vout)/R4 b由虛短知：Vx = Vy c電流從 020m曜化，貝U V1 = V2 + (0.42) d由 cd 式代入 b 式得(V2 + (0.42)-Vy)/R

11、2 = (Vy-Vout)/R4 e如果 R3=R2 R4=R5 則由 e-a 得 Vout = -(0.42)R4/R2 f圖九中 R4/R2=22k/10k=2.2，則 f 式 Vout = -(0.884.4)V,即是說，將420m/At流轉(zhuǎn)換成了 -0.88 -4.4V 電壓，此電壓可以送 AD俁處 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：打U11S/SZ、Cl 1 iQOkOa%，Tl：0k X0.1圖1T272U2IN414S .一R5-=loot 1% R4切SC1OGQ 1% 10CK?R6圖10電流可以轉(zhuǎn)換成電壓，電壓也可以轉(zhuǎn)

12、換成電流。圖十就是這樣一個電路。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，運放輸入端沒有電流流過,(Vi - V1)/R2 = (V1V4)/R6同理（V3 - V2）/R5 =V2/R4 b由虛短知V1 = V2c如果 R2=R6 R4=R5 則由 abc 式得 V3-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)載RL100kQ,則通過Rl和通過R7的電流基本相同。11）傳感器檢測:來一個復(fù)雜的，呵呵！圖H一是一個三線制PT100前置

13、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的電壓加在由R14 R2R R1S Z1、PT100及其線電阻組成的橋電路上。 Z1、Z2、Z3、D11、D12、D83及各電容在電路中起濾波和保護作用，靜態(tài)分析時可不予理會，Z1、Z2、Z3可視為短路，D11、D12 D83及各電容可視為開路。由電阻分壓知，V3=2*R20/(R14+20)=200/1100=2/11 a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)/R18 c由虛斷知，U8A第3腳沒有電流流過，V1=V7d在橋電路中R15和Z1、PT100 及線電阻串聯(lián)，PT100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，(V5-V7)/100=(V7-V3)/2.2 化簡得 V5=(102.2*V7-100V3)/2.2即 V5=204.4(Rx+2R0)/(1000+Rx+2R0) - 200/11 g上式輸出電壓V5是Rx的函數(shù)我們再看線電阻的影響。Pt100