經(jīng)典運放電路分析(經(jīng)典)

1、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，是模擬電路中學習的重點。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?！?，希望各位看完后有所斬獲。 遍觀所有模擬電子技朮的書籍和課程，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，然后去推導它的輸出與輸入的關(guān)系，然后得出，那是一個反向放大器，然后得出，最后學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，這兩招在所有運放電路的教材里都寫得明白，就是“虛短”和“

2、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端電壓不足1 mV，兩輸入端近似等電位，相當于 “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當成真正短路。  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1M以上。因此流入運放輸入端的電流往往不足1uA，遠

3、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當成真正斷路。  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)系的公式這些東西只會干擾你，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，把實際放大器當成理想放大器來分析也不會有問題）。

4、 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圖一中運放的同向端接地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，那么和相當于是串聯(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，即流過的電流和流過的電流是相同的。流過的電流： a 流過的電流： b c d 求解上面的初中代數(shù)方程得 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圖二中與虛短，則 a 因為虛斷，反向輸入端沒有電流輸入輸出，通過和的電流相等，設(shè)此電流為，由歐姆定律得： b 等于上的分壓， 即： c 由abc

5、式得這就是傳說中的同向放大器的公式了。 3）加法器1：圖3 圖三中，由虛短知： a 由虛斷及基爾霍夫定律知，通過和的電流之和等于通過的電流，故b 代入a式，b式變?yōu)?如果取，則上式變?yōu)椋@就是傳說中的加法器了。 4）加法器2：圖4請看圖四。因為虛斷，運放同向端沒有電流流過，則流過和的電流相等，同理流過和的電流也相等。故 a b 由虛短知： c 如果，則由以上式子可以推導出故 也是一個加法器，呵呵！ 5）減法器圖5圖五由虛斷知，通過的電流等于通過的電流，同理通過的電流等于的電流，故有 a b 如果， 則 c 如果， 則 d 由虛短知 e 所以 這就是傳說中的減法器了。 6）積分電路：圖6圖六電路

6、中，由虛短知，反向輸入端的電壓與同向端相等，由虛斷知，通過的電流與通過的電流相等。通過的電流 通過的電流 所以，輸出電壓與輸入電壓對時間的積分成正比,這就是傳說中的積分電路了。若V1為恒定電壓U，則上式變換為，是時間，則輸出電壓是一條從0至負電源電壓按時間變化的直線。7）微分電路：圖7 圖七中由虛斷知，通過電容和電阻的電流是相等的，由虛短知，運放同向端與反向端電壓是相等的。則：這是一個微分電路。如果是一個突然加入的直流電壓，則輸出對應(yīng)一個方向與相反的脈沖。 8）差分放大電路圖8由虛短知 a b 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， 電流

7、 c 則： d 由虛斷知，流過與流過的電流相等,若，則 e 同理若，則，故 f 由虛短知， g 由efg得 h 由dh得 ，上式中是定值，此值確定了差值的放大倍數(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或電流，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，圖九就是這樣一個典型電路。如圖電流流過采樣100電阻，在上會產(chǎn)生的電壓差。由虛斷知，運放輸入端沒有電流流過，則流過和的電流相等，流過和的電流相等。故： a 由虛短知： c 電流從變化，則d 由cd式代入b式得 e 如果，則由e-a得f 圖九中，則f

8、式，即是說，將電流轉(zhuǎn)換成了電壓，此電壓可以送ADC去處理。注：若將圖九電流反接既得，10）電壓電流轉(zhuǎn)換檢測：圖10 電流可以轉(zhuǎn)換成電壓，電壓也可以轉(zhuǎn)換成電流。圖十就是這樣一個電路。上圖的負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， 則 a同理            b 由虛短知     c如果，則由abc式得 上式說明兩

9、端的電壓和輸入電壓相等，則通過的電流，如果負載，則通過和通過的電流基本相同。11）傳感器檢測：圖11 來一個復雜的，呵呵！圖十一是一個三線制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的電壓加在由、PT100及其線電阻組成的橋電路上。、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，、可視為短路，、及各電容可視為開路。由電阻分壓知， a 由虛短知，U8B第6、7腳 電壓和第5腳電壓相等 b 由虛斷知，U8A第2腳沒有電流流過，則流過和上的電流相等。 c 由虛斷知，U8A第3腳沒有電流流過， d 在橋電路中和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加至U8A的第3腳， .e 由虛短知，U8A第3腳和第2腳電壓相等， f 由abcdef