经典运放电路分析经典11961Word下载.docx
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“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当成真正断路。
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……这些东西只会干扰你,让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、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,把实际放大器当成理想放大器来分析也不会有问题)。
好了,让我们抓过两把“板斧”------“虚短”和“虚断”,开始“庖丁解牛”了。
1)反向放大器:
图1
图一中运放的同向端接地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
和
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
的电流和流过
的电流是相同的。
流过
的电流:
………a
……b
………………c
……………………d
求解上面的初中代数方程得
这就是传说中的反向放大器的输入输出关系式了。
2)同向放大器:
图2
图二中
与
虚短,则
……a
因为虚断,反向输入端没有电流输入输出,通过
的电流相等,设此电流为
,由欧姆定律得:
等于
上的分压,即:
……c
由abc式得
这就是传说中的同向放大器的公式了。
3)加法器1:
图3
图三中,由虚短知:
……a
由虚断及基尔霍夫定律知,通过
的电流之和等于通过
的电流,故
……b
代入a式,b式变为
如果取
,则上式变为
,这就是传说中的加法器了。
4)加法器2:
图4
请看图四。
因为虚断,运放同向端没有电流流过,则流过
的电流相等,同理流过
的电流也相等。
故
由虚短知:
……c如果
,
则由以上式子可以推导出
也是一个加法器,呵呵!
5)减法器
图5
图五由虚断知,通过
的电流等于通过
的电流,同理通过
的电流等于
的电流,故有
……a
……b
如果
,则
……d
由虚短知
……e
所以
这就是传说中的减法器了。
6)积分电路:
图6
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
的电流与通过
的电流相等。
通过
的电流
所以
,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
是时间,则
输出电压是一条从0至负电源电压按时间变化的直线。
7)微分电路:
图7
图七中由虚断知,通过电容
和电阻
的电流是相等的,
由虚短知,运放同向端与反向端电压是相等的。
则:
这是一个微分电路。
是一个突然加入的直流电压,则输出
对应一个方向与
相反的脉冲。
8)差分放大电路
图8
由虚短知
……a
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
……c
……d
由虚断知,流过
与流过
的电流相等,若
,则
……e
同理若
,故
……f
由虚短知,
……g
由efg得
……h
由dh得
,上式中
是定值,此值确定了差值
的放大倍数。
这个电路就是传说中的差分放大电路了。
9)电流检测:
图9
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
或
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
电流流过采样100Ω电阻
,在
上会产生
的电压差。
由虚断知,运放输入端没有电流流过,则流过
的电流相等,流过
故:
……a
……c
电流从
变化,则
由cd式代入b式得
,则由e-a得
……f
图九中
,则f式
即是说,将
电流转换成了
电压,此电压可以送ADC去处理。
注:
若将图九电流反接既得
10)电压电流转换检测:
图10
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
……a
同理
由虚短知
……c
,则由abc式得
上式说明
两端的电压和输入电压
相等,则通过
,如果负载
,则通过
和通过
的电流基本相同。
11)传感器检测:
图11
来一个复杂的,呵呵!
图十一是一个三线制PT100前置放大电路。
PT100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
、
、PT100及其线电阻组成的桥电路上。
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,
可视为短路,
及各电容可视为开路。
由电阻分压知,
由虚短知,U8B第6、7脚电压和第5脚电压相等
由虚断知,U8A第2脚没有电流流过,则流过
上的电流相等。
由虚断知,U8A第3脚没有电流流过,
……d在桥电路中
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
加至U8A的第3脚,
…..e
由虚短知,U8A第3脚和第2脚电压相等,
……f
由abcdef得,
化简得
即
……g
上式输出电压
是
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、
,加至U8C的第10脚,
由虚断知,
由虚短知,
由式abc得
……h
由式gh组成的方程组知,如果测出
的值,就可算出
及
,知道
,查pt100分度表就知道温度的大小了。