運放電路的計算,通過記各種公式很難記住,但是掌握其兩個重要概念,所有計算均可迎刃而解。
那就是運放的兩個重要特性:
虛斷:運放本質特性,輸入阻抗大,兩個輸入端視為等效開路;
虛短:不是運放本身特性,深度負反饋的結果,兩個輸入端視為等電位。
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1- 同相放大電路
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同向反向輸入端虛短: Vi = V- (a)
同向反向輸入端虛斷:流過R1 R2電阻的電流得:I = Vout/(R1+R2)? (b)
由于Vi=R2上的分壓,即:Vi = I*R2? (c)
綜合得出:
Vout=Vi*(R1+R2)/R2
這就是反向放大器的輸入輸出關系式。仿真如下:
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2- 反相放大電路
同向輸入端接地,根據虛短,所以反向端電位也是0V;
根據虛斷,同向反向輸入端均無電流輸入,R1 R2電阻相當于串聯,流過的電流是相同:
流過R1的電流I1 = (Vi - V-)/R1? ???(a)
流過R2的電流I2 = (V- - Vout)/R2 (b)
V- = V+ = 0? ??????????????????????????????????????(c)
I1 = I2 ????????????????????????????????????????????????(d)
求解代數方程得:
Vout = (-R2/R1)*Vi
這就是反向放大器的輸入輸出關系式。仿真如下:
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3-加法器放大電路
根據虛斷,流過R1 R2電流相等,同理流過R3 R4電流也相等;故:
(V1 – V+)/R1 = (V+ - V2)/R2? (a)
(Vout – V-)/R3 = V-/R4? ???????????(b)
根據虛短:V+ = V-? ????????????????(c)
假設R1=R2??? ?R3=R4? ?則:
V+ = (V1 + V2)/2 V- = Vout/2? 故:
Vout = V1 + V2
這就是同向加法放大器的輸入輸出關系。仿真如下:
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4- 減法器放大電路
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根據虛斷:流過R1 R2電流相等,流過R3 R4的電流相等:
(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 (d)
根據虛短:V+ = V-?????? (e)
總上所述:Vout=V2-V1
這就是減法放大器。
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5-積分電路
根據虛短:同向和反向輸入端電平相等為0;
根據虛斷:流過R1與流過C1的電流相等;
電阻i=V1/R1;
電容i=C*dUc/dt=-C*dVout/dt ;
故: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。
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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至負電源電壓按時間變化的直線。
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6-微分電路
根據虛短:同向和反向輸入端電平相等為0;
根據虛斷:流過R1與流過C1的電流相等;
Vout = -i * R2 = -(R2*C1)dV1/dt
上述是一個微分電路;
如果V1是一個突然加入的直流電壓,則輸出Vout對應一個方向與V1相反的脈沖。
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7-差分放大電路
根據虛短:
Vx = V1? ??????????(a)
Vy = V2? ??????????(b)
根據虛斷:R1 R2 R3為串聯,流過的電路相等。
I=(Vx-Vy)/R2? ?(c)
則:Vo1-Vo2=I*(R1+R2+R3) = (Vx-Vy)(R1+R2+R3)/R2? (d)
根據虛斷:流過R6 R7的電流相等,假如R6=R7 :
Vw = Vo2/2? ?(e)
同理若R4=R5,則Vout – Vu = Vu – Vo1,故:
Vu = (Vout+Vo1)/2? (f)
根據虛短: Vu = Vw? (g)??? 由(e)(f)(g)得:
Vout = Vo2 – Vo1? (h)????? 由(d)(h)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。
這個電路就是傳說中的差分放大電路。
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8-電壓跟隨電路
如下所示為利用放大器搭建的電壓跟隨電路,測量電壓大小:
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此電路目的是測量電池電壓,電池電壓范圍(3~4.2V)分壓后最大電壓為2.1V 屬于3.3V電源電壓下的輸入范圍;
仿真如下:
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