经典运放电路分析.pdfVIP

从虚断，虚短分析基本运放电路 运算放大器组成的电路五花八门，令人眼花瞭乱，是模拟电路中学习的重 点。在分析它的工作原理时倘没有抓住核心，往往令人头大。为此本人特搜罗 天下运放电路之应用，来个 “庖丁解牛”，希望各位看完后有所斩获。 遍观所有模拟电子技朮的书籍和课程，在介绍运算放大器电路的时候，无 非是先给电路来个定性，比如这是一个同向放大器，然后去推导它的输出与输 入的关系，然后得出 Vo=(1+Rf)Vi，那是一个反向放大器，然后得出 Vo=-Rf*Vi„„最后学生往往得出这样一个印象：记住公式就可以了！如果我们 将电路稍稍变换一下，他们就找不着北了！ 今天，教各位战无不胜的两招，这两招在所有运放电路的教材里都写得明白， 就是 “虚短”和 “虚断”，不过要把它运用得出神入化，就要有较深厚的功底 了。 虚短和虚断的概念 由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍 数都在 80 dB 以上。而运放的输出电压是有限的，一般在 10 V～14 V。因此运 放的差模输入电压不足 1 mV，两输入端近似等电位，相当于 “短路”。开环电 压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。 “虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位， 这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。 由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在 1MΩ 以上。因此流入运放输入端的电流往往不足 1uA，远小于输入端外电路的 电流。故 通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接 近开路。 “虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效 开路，这一特性 称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。 在分析运放电路工作原理时，首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向 放大，什么加法器、减法器，什么差动输入„„暂时忘掉那些输入输出关系的 公式„„这些东东只会干扰你，让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置 电流、共模抑制比、失调电压等电路参数，这是设计者要考虑的事情。我们理 解的就是理想放大器（其实在维修中和大多数设计过程中，把实际放大器当做 理想放大器来分析也不会有问题）。 好了，让我们抓过两把 “板斧” “虚短”和 “虚断”，开始 “庖 丁解牛”了。 1）反向放大器： 图一运放的同向端接地=0V，反向端和同向端虚短，所以也是 0V，反向输入端输 入电阻很高，虚断，几乎没有电流注入和流出，那么 R1 和 R2 相当于是串联的， 流过一个串联电路中的每一只组件的电流是相同的，即流过 R1 的电流和流过 R2 的电流是相同的。 流过 R1 的电流：I1 = (Vi - V-)/R1 „„„a 流过 R2 的电流：I2 = (V- - Vout)/R2 „„b V- = V+ = 0 „„„„„„c I1 = I2 „„„„„„„„d 求解上面的初中代数方程得 Vout = (-R2/R1)*Vi 这就是传说中的反向放大器的输入输出关系式了。 2）同向放大器： 图 2 图二中Vi 与 V-虚短，则 Vi = V- „„a 因为虚断，反向输入端没有电流输入输出，通过R1 和 R2 的电流相等，设此电 流为 I，由欧姆定律得： I = Vout/(R1+R2) „„b Vi 等于 R2 上的分压， 即：Vi = I*R2 „„c 由abc 式得 Vout=Vi*(R1+R2)/R2 这就是传说中的同向放大器的公式了。 3）加法器 1： 图 3 图三中，由虚短知： V- = V+ = 0 „„a 由虚断及基尔霍夫定律知，通过R2 与R1 的电流之和等于通过R3 的电流，故 (V1 – V-)/R1 + (V2 – V-)/R2 = (V- –Vout)/R3 „„b 代入 a 式，b 式变为 V1/R1 + V2/R2 = Vout/R3 如果取 R1=R2=R3，则上式变为 -Vout=V1+V2，这就是传说中的加法器了。 4）加法器 2：