運放的典型電路舉例與計算仿真

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。

?

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:

??

?

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:

?

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:

?

4- 減法器放大電路

?

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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V1為恒定電壓U,則上式變換為Vout = -U*t/(R1*C1) t 是時間)

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

?

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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