運(yùn)算放大器工作原理

1、運(yùn)算放大器工作原理運(yùn)算放大器基本上可以算得上是模擬電路的基本需要了解的電路之一，而要想更好用好運(yùn)放，透徹地了解運(yùn)算放大器工作原理是無可避免，但是運(yùn)放攻略太多，那不妨來試試這篇用電路圖作為主線的文章來帶你領(lǐng)略運(yùn)算放大器的工作原理吧。本文引用地址：/article/.htm 1.運(yùn)算放大器工作原理綜述：運(yùn)算放大器組成的電路五花八門，令人眼花瞭亂，在分析運(yùn)算放大器工作原理時倘沒有抓住核心，往往令人頭大。本文收集運(yùn)放電路的應(yīng)用電路，希望看完后有所收獲。但是在分析各個電路之前，還是先回憶一下兩個運(yùn)放教材里必教的技能，就是“虛短”和“虛斷”?！疤摱獭笔侵冈诜治鲞\(yùn)算

2、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?！疤摂唷笔侵冈诜治鲞\(yùn)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。2.運(yùn)算放大器工作原理經(jīng)典電路圖一圖一運(yùn)算放大器的同向端接地=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-)/R1 a 流過R2的電流I2 = (V- - V

3、out)/R2 b V- = V+ = 0 c I1 = I2 d 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出關(guān)系式了。3.運(yùn)算放大器工作原理經(jīng)典電路圖二圖二中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) b Vi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。4.運(yùn)算放大器工作原理經(jīng)典電路圖三圖三中，由虛短知： V- = V+ = 0

4、 a 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 = (Vout V-)/R3 b 代入a式，b式變?yōu)閂1/R1 + V2/R2 = Vout/R3 如果取R1=R2=R3，則上式變?yōu)閂out=V1+V2，這就是傳說中的加法器了。(編輯者注)質(zhì)疑：(V1 V-)/R1 + (V2 V-)/R2 = (V- Vout)/R3 b 圖三公式中少了個負(fù)號?5.運(yùn)算放大器工作原理經(jīng)典電路圖四請看圖四。因為虛斷，運(yùn)算放大器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 =

5、 (V+ - V2)/R2 a (Vout V-)/R3 = V-/R4 b 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!6.運(yùn)算放大器工作原理經(jīng)典電路圖五圖五由虛斷知，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， 則V- = (Vout + V1)/2

6、 d 由虛短知 V+ = V- e 所以 Vout=V2-V1 這就是傳說中的減法器了。7.運(yùn)算放大器工作原理經(jīng)典電路圖六圖六電路中，由運(yùn)算放大器的虛短知，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。8.運(yùn)算放大器工作原理

7、經(jīng)典電路圖七圖七中由虛斷知，通過電容C1和電阻R2的電流是相等的，由虛短知，運(yùn)算放大器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。9.運(yùn)算放大器工作原理經(jīng)典電路圖八圖八.由虛短知 Vx = V1 a Vy = V2 b 由虛斷知，運(yùn)算放大器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I=(Vx-Vy)/R2 c 則： Vo1-Vo2=I*(R1+R2+R3) = (Vx-Vy)(R1+R2+R3)/R2 d

8、 由虛斷知，流過R6與流過R7的電流相等,若R6=R7， 則Vw = Vo2/2 e 同理若R4=R5，則Vout Vu = Vu Vo1，故Vu = (Vout+Vo1)/2 f 由虛短知，Vu = Vw g 由efg得 Vout = Vo2 Vo1 h 由dh得 Vout = (Vy Vx)(R1+R2+R3)/R2 上式中(R1+R2+R3)/R2是定值，此值確定了差值(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。10.運(yùn)算放大器工作原理經(jīng)典電路圖九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020mA或420mA電流，電路將此電流轉(zhuǎn)換成電壓后再送ADC

9、轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，圖九就是這樣一個典型電路。如圖420mA電流流過采樣100電阻R1，在R1上會產(chǎn)生0.42V的電壓差。由虛斷知，運(yùn)算放大器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020mA變化，則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，則由e-a得Vout = -(0.42)R4/R2 f 圖九中R4/R

10、2=22k/10k=2.2，則f式Vout = -(0.884.4)V，即是說，將420mA電流轉(zhuǎn)換成了-0.88 -4.4V電壓，此電壓可以送ADC去處理。11.運(yùn)算放大器工作原理經(jīng)典電路圖十電流可以轉(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(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(yùn)算放大器輸入端沒有電流流過，則 (Vi V1)/R2 = (V1 V4)/R6 a同理 (V3 V2)/R5 = V2/R4 b由虛短知 V1 = V2 c如果R2=R6，R4=R5，則由

11、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RL100K，則通過Rl和通過R7的電流基本相同。12.運(yùn)算放大器工作原理經(jīng)典電路圖十一來一個復(fù)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

12、*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=V3 b 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=V7 d 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=V2 f 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最下端線電阻上產(chǎn)生的電壓降經(jīng)過中間的線電阻、Z2、R