运算放大器构成的电路为五花八门,是眼花缭乱、模拟电路学习的要点。 分析其工作原理时,如果不抓住核心,往往头脑大。 因此,本人特别寻找天下运输线路的应用,希望来到“库丁解牛”,向从事基板修理的同事看过后被斩首。
看了所有模拟电子技术的书籍和课程,在介绍运算放大器电路时,首先只是给了电路定性。 例如,这是相同的定向放大器,导出其输出和输入之间的关系,导出了Vo=(1+Rf)Vi,导出了反向放大器,导出了VO = RF * VI……最后,如果学生对电路做出了某些改变,认为他们通常不会记住这个公式,那么他们将不会找到北京! 偶然面试过至少100多名大学以上学历的电子专业应聘者,结果我提出的运算放大器电路能分析得不到10个好的其他专业毕业了。
今天,芯片级的维护教育方面,所有的广播电路的教材都写着“虚短”和“虚断”,但是要使之进入神化,需要深刻的基础。
虚弱和虚弱的概念
运算放大器的开路电压放大率一般为运算放大器的开路电压放大率在80 dB以上。 另一方面,释放的输出电压有限,一般为10 V~14 V。 因此,运转的差动模式输入电压小于1 mV,两输入端相当于接近同电位的“短路”。 开环电压放大率越大,两输入端的电位越相等。
所谓“虚短”,运算放大器处于线性状态时,能够将两输入视为同电位的特性称为“虚短”,简称为虚短。 很明显两个输入端不能真正短路。
由于运算放大器的输入电阻大,一般通用运算放大器的输入电阻都在1mω以上。 因此,流过运算放大器的输入端子的电流小于1uA,远小于输入端子外电路的电流。 因此,通常可以将运输的两个输入端视为开路,输入阻抗越大,两个输入端越接近开路。 所谓“虚断”,是指在分析运输处于线性状态时,能够将两输入视为等价开放的特性称为“虚断开放”,简称为虚断。 很明显两个输入端不能真正断开。
分析运放电路的工作原理时,首先请大家暂时忘记什么是同方向放大、反方向放大、什么是加法器、减法器、什么是差动输入……暂时忘记这些输入输出关系的公式……这些东西只会妨碍你,让你陷入混乱。” 这是设计者必须考虑的。 我们理解的是理想的放大器(实际上在维护和大多数设计过程中,即使将实际的放大器分析为理想的放大器也没有问题)。
现在,我们抓住“板斧”------“虚短”和“虚断”两把,开始了“库丁解牛”。
在图1中,由于同向端接地=0V,与反向端相同方向端短,所以0V,反向输入端的输入电阻高,断线,几乎没有电流的注入和流出,所以R1和R2相当于串联电路的各个组件中流动的电流相同,即R1中流动的电流和R2中流动的电流相同。 流过R1的电流I1 = (Vi - V-)/R1 ……a流过R2的电流I2 = ( v-- vout )/R2……bv-= v + = 0……C1 = I2……d以上的中学代数方程式的Vout = (-R2/R1)*Vi是传统的倒相放大器的输入输出关系式。
图2中Vi和V-较短时,Vi = V- ……a通过虚线在反输入侧没有电流的输入输出,因此通过R1和R2的电流相等,设该电流为I,则根据欧姆定律,从I=vout/(r1+r2)…bvi=i*r2、…c根据abc式传输: Vout=Vi*(R1+R2)/R2
在图3中,V- = V+ = 0 ……a由虚线和基尔霍夫定律得知,因为通过R2和R1的电流之和与通过R3的电流相等,所以( v1- v-)/r1+ ( v2- v-)/r2= ( vout-v-)/r 3……b被代入a式,b式为V1/R1 + V2/R2 = Vout/R3
请参阅图4。 由于缺陷,当在相同方向的端部没有电流流动时,在R1和R2中流动的电流变得相等,并且在R4和R3中流动的电流也变得相同。 因此,如果( v1- v + )/r1= ( v +-v2)/r 2……a ( vout-v-)/r3= v-/ r 4……b为虚短知: v+=v-……cr1=r2、R3=R4,则能够根据上述式导出V+ = (V1 + V2)/2 V- = Vout/2,因此Vout = V1 + V2也是加法器
由虚线可知,通过R1电流与通过R2的电流相等,通过R4的电流与通过R3的电流相同,( v2-v+)/r1=v+/r2、~a(v1-v-)/r4=(v--vout)/r3,R1=R2时为v+=v2/2,R3=R4时为v-= ( vout + v1)/r 4
在图6的电路中,由于虚拟短路,反向输入端的电压等于相同方向端,因此通过R1的电流等于通过C1的电流。 流过R1的电流i=V1/R1以流过C1的电流i=C*dUc/dt=-C*dVout/dt与vout=(-1/(r1*c1))∩∩v1dt输出电压与输入电压相对于时间的积分成比例,这是传输的积分电路。 在V1为恒定电压u的情况下,上式为Vout = -U*t/(R1*C1) t被转换为时间时,Vout的输出电压成为从0到负的电源电压随时间变化的直线。
在图7中,如虚线所示,通过电容器C1和电阻R2的电流相等,如虚线所示,同向端子和反向端子电压相等。 于是,Vout = -i * R2 = -(R2*C1)dV1/dt为微分电路。 当V1是突然施加的直流电压时,输出Vout对应于与V1反方向的脉冲。
图8 .从虚拟短路中vx=v1、... avy=v2、... b从虚拟切断中可知,如果放电输入端没有电流流过,则R1、R2、R3可视为串联,通过各个电阻电流为相同的电流I=(Vx-Vy)/R2 ……c,则VO1- VO2= I * ( r1+ r2+ R2 ) ( r1+r2+r3)/r2……d以虚断得知,如果R6=R7,则Vw = Vo2/2 ……e如果R4=R5,则Vout - Vu = Vu - Vo1,因此,Vu = (Vout+Vo1)/2 ……f由于虚弱, Vu = Vw ……g从efg到Vout = Vo2 - Vo1 ……h从dh到Vout = (Vy -Vx)(R1+R2+R3)/R2上式中( R1+R2+R3)/R2为值,该值决定差分值( Vy -Vx )的倍率。 该电路是传说中的差动放大电路。
分析许多人接触的电路。 许多控制器从各种测量器接收0~20mA或4~20mA的电流,电路将该电流转换为电压,然后将ADC转换为数字信号,图9是该典型电路。 当图4至4~20mA的电流流过样本100Ω的电阻器R1时,在R1中产生0.4至2 v的电压差。 由于虚断,如果放电输入端没有电流流过,则R3和R5中流动的电流相等,R2和R4中流动的电流相等。 因此: ( v2- vy )/r3= vy/r 5……a ( v1- VX )/r2= ( VX-vout )/r 4……b为虚短知: Vx = Vy ……c电流从0~20mA变化V1 = V2 + (0.4~2) ……d由cd式代入b式( v2+ (0.4~2)-vy )/r2= (0.4~2) ) r4、... e是R3=R2、R4=R5时从e-a将vout=-(0.4~2)r4/r2、... f在图9中R4/R2=22k/10k=2.2 f式Vout = -(0.88~4.4)V、即4~20mA的电流变换为-0.88 ~ -4.4V的电压,该电压变换为ADC
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电流可以转换成电压,电压可以转换成电流。 图10是这样的电路。 上图中的负反馈不是通过电阻直接反馈,而是串联连接晶体管Q1的发射极结,因此请勿认为是比较器。 如果是放大电路,虚短虚断的规律还是合适的!
从虚断可知,输送输入没有电流流动
( Vi - V1)/R2 = (V1 - V4)/R6 ……a
同样( V3 - V2)/R5 = V2/R4 ……b
虚短知V1 = V2 ……c
如果R2=R6、R4=R5,则根据abc方式成为V3-V4=Vi
如果上式说明R7的两端的电压与输入电压Vi相等,则通过R7的电流I=Vi/R7、负载RL