運(yùn)算放大器組成的電路五花八門

1、運(yùn)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(diǎn)。 在分析它的工作原理時(shí)倘沒(méi)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(lái)個(gè)庖丁解牛希望各位從事電路板維修的冋行，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(yùn)算放大器電路的時(shí)候，無(wú)非是先給電路來(lái)個(gè)定性，比方這是一個(gè)冋向放大器，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(gè)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(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！偶曾經(jīng)面試過(guò)至少100個(gè)以上的大專以上學(xué)歷的電子專業(yè)應(yīng)聘者，結(jié)果能將我給

2、出的運(yùn)算放大器電路分析得一點(diǎn)不錯(cuò)的沒(méi)有超過(guò)10個(gè)人！其它專業(yè)畢業(yè)的更是可想而知了。今天，芯片級(jí)維修教各位戰(zhàn)無(wú)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(guò)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(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)都在80 dB以上。而運(yùn)放的輸出電壓是有限的，一般在10 V14 V。因此運(yùn)放的差模輸入電壓缺乏1 mV,兩輸入端近似等電位，相當(dāng)于短路開(kāi)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(jiǎn)稱虛短。顯然不能將

3、兩輸入端真正短路。由于運(yùn)放的差模輸入電阻很大，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缺乏1uA，遠(yuǎn)小于輸入端外電路的電流。故通?？砂堰\(yùn)放的兩輸入端視為開(kāi)路，且輸入電阻越大，兩輸入端越接近開(kāi)路。虛斷是指在分析運(yùn)放處于線性狀態(tài)時(shí)，可以把兩輸入端視為等效開(kāi)路，這一特性稱為虛假開(kāi)路，簡(jiǎn)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(qǐng)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(dòng)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(huì)干擾你，讓你更糊涂；也請(qǐng)各位暫時(shí)不要理會(huì)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(jì)者要考慮的事

4、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(guò)程中，把實(shí)際放大器當(dāng)做理想放大器來(lái)分析也不會(huì)有問(wèn)題)。好了，讓我們抓過(guò)兩把 板斧-虛短和 虛斷開(kāi)始 庖丁解牛了。圖一運(yùn)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(méi)有電流注入和流出，那么R1和R2相當(dāng)于是串聯(lián)的，流過(guò)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(guò)R1的電流和流過(guò) R2的電流是相同的。流過(guò)R1的電流11 = (Vi - V-)/R1a流過(guò) R2的電流12 = (V- - Vout)/R2bV- = V+ = 0C1 = 12d求解上 面的初中代數(shù)方程得 Vout = (-

5、R2/R1)*Vi這就是傳說(shuō)中的反向放大器的輸入輸出關(guān)系式了。 個(gè)人收集整理勿做商業(yè)用途(原文件名：2.jpg)圖二中Vi與V-虛短，那么Vi = V-a因?yàn)樘摂啵聪蜉斎攵藳](méi)有電流輸入輸出，通過(guò)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*R2c由abc式得Vout=Vi*(R1+R2)/R2這就是傳說(shuō)中的同向放大器的公式了。個(gè)人收集整理勿做商業(yè)用途(原文件名：3.jpg)圖三中，由虛短知：V- = V+ = 0a由虛斷及基爾霍夫定律知，通過(guò)R2與R1的電流之和等于通過(guò) R3的電流，故(V1 -V-)/R1 + (

6、V2 -V-)/R2 = (Vout -V-)/R3b代入 a式，b式變?yōu)?V1/R1 + V2/R2 = Vout/R3如果取 R仁R2=R3那么上式變?yōu)?Vout=V1+V2，這就是傳說(shuō)中的加法 器了。 個(gè)人收集整理勿做商業(yè)用途(原文件名：4.jpg)請(qǐng)看圖四。因?yàn)樘摂?，運(yùn)放冋向端沒(méi)有電流流過(guò)，那么流過(guò)R1和R2的電流相等，同理流過(guò)R4和R3的電流也相等。故(V1 -V+)/R1 = (V+ - V2)/R2a(Vout -V-)/R3 = V-/R4b由虛短知： V+ = V-c女口果 R仁R2 ,R3=R4 , 那么由以上式子可以推導(dǎo)出V+ = (V1 + V2)/2 V- = Vou

7、t/2故Vout = V1 + V2也是一個(gè)加法器， 呵呵！ 個(gè)人收集整理 勿做商業(yè) 用途圖五由虛斷知，通過(guò)R1的電流等于通過(guò) R2的電流，同理通過(guò)R4的電流等于R3的電流，故 有 (V2 -V+)/R1 = V+/R2 a(V1 V-)/R4 = (V- - Vout)/R3 b 女口 果 R1=R2 ,貝UV+ = V2/2c女口果 R3=R4 , 貝U V- = (Vout + V1)/2d由 虛短知 V+ = V-e所 以Vout=V2-V1這就是傳說(shuō)中的減法器了。個(gè)人收集整理 勿做商業(yè)用途圖六電路中，由虛短知，反向輸入端的電壓與同向端相等，由虛斷知，通過(guò)R1的電流與通過(guò) C1的電流相

8、等。通過(guò)R1的電流i=V1/R1通過(guò) C1的電流i=C*dUc/dt=-C*dVout/dt 所以Vout=(-1/(R1*C1) / V1輸出電壓與輸入電壓對(duì)時(shí)間的積分成正比，這就是傳說(shuō)中的積分電路了。假設(shè) V1為恒定電壓 U,那么上式變換為 Vout = -U*t/(R1*C1) t是時(shí)間，貝U 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。個(gè)人收集整理勿做商業(yè)用途(原文件名：7.jpg)圖七中由虛斷知，通過(guò)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。那么：Vout = -i * R2 = -(R2*C1)dV1/dt這是一個(gè)微分電路。如果V1是

9、一個(gè)突然參加的直流電壓，那么輸出 Vout對(duì)應(yīng)一個(gè)方向與 V1相反的脈沖。 個(gè)人收集整理勿做商業(yè)用途R2100OP-O-(原文件名：8.jpg)圖八由虛短知Vx = V1aVy = V2b由虛斷知，運(yùn)放輸入端沒(méi)有電流流過(guò)，那么R1、R2、R3可視為串聯(lián)，通過(guò)每一個(gè)電阻的電流是相同的， 電流 l=(Vx-Vy)/R2 (那么：Vo1-Vo2=l*(R1+R2+R3) = (Vx-Vy)(R1+R2+R3)/R2d 由虛斷知，流過(guò) R6 與流過(guò) R7的電流相等，假設(shè)R6=R7,貝U Vw = Vo2/2洞理假設(shè) R4=R5,那么Vout -Vu = Vu -Vol, 故 Vu = (Vout+Vo

10、1)/2 由虛短知， Vu = Vw g由 efg 得 Vout = Vo2 -Vol h 由 dh 得Vout = (Vy -x)(R1+R2+R3)/R2上式中(R1+R2+R3)/R2是定值，此值確定了差值 (Vy x)的放 大倍數(shù)。這個(gè)電路就是傳說(shuō)中的差分放大電路了。個(gè)人收集整理勿做商業(yè)用途R4x/KXz原文件名：9.jpgR2 10kR3 10kUy很多控制器接受來(lái)自各種檢測(cè)儀表的020mA 或 420mA號(hào),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(hào)，圖九就是這樣一個(gè)典型電路。420mA電流流過(guò)采樣100Q電阻R1,在R1上會(huì)產(chǎn)生0.42V的電壓差。由虛斷知，運(yùn)，那么

11、流過(guò)R3和R5的電流相等，流過(guò) R2和R4的電流相等。(V2-Vy)/R3 = Vy/R5 a(V1-Vx)/R2 = (Vx-Vout)/R4 b 由虛短知： Vx = Vy c 電流從, 貝U V1 = V2 + (0.42)d由 cd 式代入 b貝U由 e-a 得a(V1-Vx)/R2 = (Vx-Vout)/R4cd 式代入+ (0.42)-Vy)/R2 = (Vy-Vout)/R4 e 女口 果 R3=R2 ,R4=R5 ,=-(0.42)R4/R2 圖九中 R4/R2=22k/10k=2.2 ,貝U f 式 Vout = -(0.884.4)V,即是說(shuō)，將個(gè)人收集整理勿做商業(yè)用42

12、0mA電流轉(zhuǎn)換成了 -0.88 -4.4V電壓，此電壓可以送 ADC去處理。途(原文件名：io.jpg)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)反應(yīng)沒(méi)有通過(guò)電阻直接反應(yīng)，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)比擬器就是了。 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(méi)有電流流過(guò)，貝 U(Vi V1)/R2 = (V1 V4)/R6 a同理(V3 V2)/R5 = V2/R4b 由虛短知 V1 = V2c如果R2=R6, R4=R5,那么由abc式得V3-V4=Vi上式說(shuō)明R7兩端的電壓 和輸入電壓 Vi相等，那么通過(guò) R7的電

13、流I=Vi/R7，如果負(fù)載 RL<<100©，那么通過(guò)RI和通過(guò)R7 的電流根本相同。個(gè)人收集整理 勿做商業(yè)用途(原文件名：ii.jpg)來(lái)一個(gè)復(fù)雜的，呵呵！圖一是一個(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(zhǎng)度完全相同的線，接法如下圖。有2V的電壓加在由 R14 R20、R15、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(hù)作用，靜態(tài)分析時(shí)可不予理會(huì)，Z1、Z2、Z3可視為短路，D11、D12、D83及各電容可視為開(kāi)路。由電阻分壓知，V3=2*R20/(R14+20)=200/11

14、00=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(méi)有電流流過(guò)，那么流過(guò) R18 和R19上的電流相等。(V2-V4)/R19=(V5-V2)/R18c由虛斷知，U8A第3腳沒(méi)有電流流 過(guò)，V仁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(guò)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，V仁V2f由abcdef得，(V5-V7)/100=(V7-V3)/2.2化簡(jiǎn) 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?cè)倏淳€電阻的影響。Pt100最下端線電阻上產(chǎn)生的電壓降經(jīng)過(guò)中間的線電