《运算放大器11种经典电路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《运算放大器11种经典电路（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、运算放大器组成的电路五花八门，令人眼花瞭乱，是模拟电路中学习的重点。在分析它的工作原理时倘没有抓住核心， 往往令人头大。特搜罗天下运放电路之应用，来个“庖丁解牛”，希望各位从事电路板维修的同行，看完后有所收获。遍观所有模拟电子技朮的书籍和课程，在介绍运算放大器电路的时候，无非是先给电路来个定性，比如这是一 个同向放大器，然后去推导它的输出与输入的关系，然后得出 Vo=(1+Rf)Vi ，那是一个反向放大器，然后得出 Vo=-Rf*Vi, 最后学生往往得出这样一个印象：记住公式就可以了！如果我们将电路稍稍变换一下，他们就找不着北 了！偶曾经面试过至少 100 个以上的大专以上学历的电子专业应聘者
2、，结果能将我给出的运算放大器电路分析得一点不 错的没有超过 10 个人！其它专业毕业的更是可想而知了。今天，芯片级维修教各位战无不胜的两招，这两招在所有运放电路的教材里都写得明白，就是“虚短”和“虚 断”，不过要把它运用得出神入化，就要有较深厚的功底了。虚短和虚断的概念由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在 80 dB 以上。而运放的输出电 压是有限的，一般在10 V14 V。因此运放的差模输入电压不足1 mV两输入端近似等电位，相当于“短路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。“虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这
3、一特性称为虚假短路，简称虚 短。显然不能将两输入端真正短路。由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MD以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1uA远小于输入端外电路的电流。故 通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近 开路。“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性 称为虚假开路，简称虚断。 显然不能将两输入端真正断路。在分析运放电路工作原理时，首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、减法器，什么差动 输入,，暂时忘掉那些输入输出关系的公式,这些东东只会干扰你，让你更糊涂；也请各位暂时不要理会输入偏置
4、电 流、共模抑制比、失调电压等电路参数，这是设计者要考虑的事情。我们理解的就是理想放大器(其实在维修中和大多 数设计过程中，把实际放大器当做理想放大器来分析也不会有问题)。图三中，由虚短知：V- = V+ = 0 ,a由虚断及基尔霍夫定律知，通过R2与R1的电流之和等于通过R3的电流，故R212图一运放的同向端接地=0V,反向端和同向端虚短，所以也是0V,反向输入端输入电阻很高，虚断，几乎没有电流注入和流出，那么R1和R2相当于是串联的，流过一个串联电路中的每一只组件的电流是相同的，即流过R1的电流和流过R2的电流是相同的。流过 R1的电流11 = (Vi- V- )/R1 ,a 流过R2的电
5、流I2 = (V- - Vout)/R2 ,b V - = V+ =0 ,c 11 = I2 ,d求解上面的初中代数方程得Vout = (-R2/R1)*Vi这就是传说中的反向放大器的输入输出关系式了。图二中Vi与V-虚短，则Vi = V- ,a因为虚断，反向输入端没有电流输入输出，通过R1和R2的电流相等，设此电流为I，由欧姆定律得：I = Vout/(R1+R2) ,b Vi等于R2上的分压，即：Vi = l*R2 ,c 由 abc式得Vout=Vi*(R1+R2)/R2这就是传说中的同向放大器的公式了。图三中，由虚短知：V- = V+ = 0 ,a由虚断及基尔霍夫定律知，通过R2与R1的
6、电流之和等于通过R3的电流，故(V1 - V-)/R1 + (V2 - V-)/R2 = (Vout - V-)/R3 ,b 代入 a 式，b 式变为 V1/R1 + V2/R2 = Vout/R3 如果取 R仁R2=R3则上式变为Vout=V1+V2这就是传说中的加法器了。图三公式中少了个负号?(编辑者注)质疑：(V1 - V-)/R1 + (V2- V-)/R2 = (V- Vout)/R3 ,bR4-15V-OP1V2V2R1R1R2R2Vout-15圖四请看图四。因为虚断，运放同向端没有电流流过，则流过R1和R2的电流相等，同理流过R4和R3的电流也相等。故(V1 - V+)/R1 =
7、 (V+ - V2)/ R2 ,a (Vout - V-)/R3 = V-/R4 ,b 由虚短知：V+ = V- ,c 如果R仁R2 R3=R4则由以上式子可以推导出 V+ = (V1 + V2)/2 V- = Vout/2 故Vout = V1 + V2 也是一个加法器，呵呵！R4R3VI图五由虚断知，通过R1的电流等于通过R2的电流，同理通过R4的电流等于R3的电流，故有(V2 - V+)/R1 = V+/R2 “a(V1 - V-)/R4 = (V- - Vout)/R3 ,b 如果R仁R2 则 V+ = V2/2 ,c 如果 R3=R4 则 V- = (Vout + V1)/2 ,d由
8、虚短知V+ = V- ,e所以 Vout=V2-V1这就是传说中的减法器了。C1图六电路中，由虚短知，反向输入端的电压与同向端相等，由虚断知，通过R1的电流与通过C1的电流相等。通过R1的电流i=V1/R1 通过C1的电流i=C*dUc/dt=-C*dVout/dt 所以Vout=(- 1/(R1*C1) /V1dt输出电压与输入电压对时间的积分成正比，这就是传说中的积分电路了。若 V1为恒定电压U,则上式变换为Vout = -U*t/(R1*C1) t 是时间，则Vout输出电压是一条从0至负电源电压按时间变化的直线。R2图七中由虚断知，通过电容 C1和电阻R2的电流是相等的，由虚短知，运放
9、同向端与反向端电压是相等的。则：Vout =-i * R2 = -(R2*C1)dV1/dt这是一个微分电路。如果 V1是一个突然加入的直流电压，则输出 Vout对应一个方向与V1相反的脉冲。V k/x/rliT R2100OP-07图八.由虚短知 V = V1 “a Vy = V2 ,b由虚断知，运放输入端没有电流流过，则R1、R2、R3可视为串联，通过每一个电阻的电流是相同的，电流 l=(Vx-Vy)/R2 ,c 贝U：Vo1-Vo2=l*(R1+R2+R3) =(Vx-Vy)(R1+R2+R3)/R2 ,d由虚断知，流过 R6与流过R7的电流相等，若R6=R7 则Vw= Vo2/2 ,e
10、 同理若 R4=R5贝U Vout - Vu = Vu - Vol, 故 Vu = (Vout+Vo1)/2 ,f由虚短知，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，此值确定了差值(Vy -Vx)的放大倍数。这个电路就是传说中的差 分放大电路了。V分析一个大家接触得较多的电路。很多控制器接受来自各种检测仪表的020mA或420mA电流，电路将此电流转换成电压后再送ADC转换成数字信号，图九就是这样一个典型电路。如图420mA电流流过采样100Q电阻R1
11、,在R1上会产生0.42V的电压差。由虚断知，运放输入端没有电流流过，则流过R3和R5的电流相等，流过R2和R4的电流相等。故：(V2-Vy)/R3 = Vy/R5 “a (V1-Vx)/R2 = (Vx- Vout)/R4 ,b由虚短知：Vx = Vy ,c 电流从020mA变化，则V1 = V2 + (0.42) ,d 由 cd 式代入 b 式得(V2 + (0.42)-Vy)/R2 = (Vy- Vout)/R4 ,e 如果 R3=R2 R4=R5 贝U 由 e-a 得 Vout = -(0.42)R4/R2 ,f 图九中 R4/R2=22k/10k=2.2，贝U f 式 Vout =
12、-(0.884.4)V ，即是说，将 420mA 电流转换成了 -0.88-4.4V 电压，此电压可以送 ADC去处理。R2R6100K I %U4电流可以转换成电压，电压也可以转换成电流。图十就是这样一个电路。上图的负反馈没有通过电阻直接反馈，而是串 联了三极管Q1的发射结，大家可不要以为是一个比较器就是了。只要是放大电路，虚短虚断的规律仍然是符合的！ 由虚断知，运放输入端没有电流流过，则(Vi - V1)/R2 = (V1- V4)/R6“a同理(V3 - V2)/R5 = V2/R4,b由虚短知V1 = V2,c如果 R2=R6 R4=R5 则由 abc 式得 V3-V4=Vi上式说明R
13、7两端的电压和输入电压 Vi相等，则通过R7的电流I=Vi/R7，如果负载RL100，则通过Rl和通过R7 的电流基本相同。2U_来一个复杂的，呵呵！图一是一个三线制PT10 0前置放大电路。PT10 0传感器引出三根材质、线径、长度完全相同的线，接法如图所示。有2V的电压加在由R14 R20 R15 Z1、PT100及其线电阻组成的桥电路上。Z1、Z2、Z3、D11、 D12、D83及各电容在电路中起滤波和保护作用，静态分析时可不予理会，Z1、Z2、Z3可视为短路，D11、D12、D83及各电容可视为开路。由电阻分压知，V3=2*R20/(R14+20)=200/1100=2/11 ,a由虚
14、短知，U8B第6、7脚 电压和第5脚电压相等V4=V3 ,b由虚断知，U8A第2脚没有电流流过，则流过 R18和R19上的电流相等。(V2-V4)/R19=(V5- V2)/R18 ,c由虚断知，U8A第3脚没有电流流过，V1=V7,d 在桥电路中R15和Z1、PT100及线电阻串联，PT100与线电阻串联分得的电压通过电阻 R17加至U8A的第3脚，V7=2*(Rx+2R0)/(R15+Rx+2R0) ,.e 由 虚短知，U8A第3脚和第2脚电压相等， V仁V2 ,f 由 abcdef得，(V5-V7)/100=(V7-V3)/2.2 化简得 V5=(102.2*V7-100V3)/2.2
15、即 V5=204.4(Rx+2R0)/(1000+Rx+2R0) - 200/11 ,g上式输出电压V5是 Rx的函数我们再看线电阻的影响。Pt100最下端线电阻上产生的电压降经过中间的线电阻、Z2、R22,加至U8C的第10脚，由虚断知，V5=V8=V9=2*R0/(R15+Rx+2R0) ,a (V6-V10)/R25=V10/R26 ,b 由虚短知，V10=V5 ,c 由式 abc 得V6=(102.2/2.2)V5=204.4R0/2.2(1000+Rx+2R0),h 由式gh组成的方程组知，如果测出 V5 V6的值，就可算出 Rx及R0,知道Rx,查pt100分度表就知道温度的大小了。
