學習模擬電路,必須掌握的就是運放。運放電路組合起來,千變萬化各式各樣,在進行運放原理分析時,如果不掌握運放的核心,往往會讓人不知所措,不知道從何入手分析。
根據我多年學習模電的經驗,運放電路最常用到的特性分析,“虛短”和“虛斷”。這兩個概念在模電教程上有經常講到過,在所有運放電路分析中也非常實用。可以在分析運放電路時使用。
(1)虛短,虛短是指運放同相輸入端和反相輸入端近似看作短路,但實際并沒有短接,所以稱為“虛短”, “虛短”即運放正負輸入端的電壓(電位)相等。
(2)虛斷,運放輸入端的阻抗很大,流入的電流非常小,不足1uA,所以用于計算時可以近似地把運放輸入端看作“開路”,所以稱之為“虛斷”。“虛斷”指的是運放正負輸入端的電流為零。
分析運放電路的工作原理時,緊扣“虛短”和“虛斷”兩個概念,再結合電路原理進行計算即可,非常方便,不需要記什么同向放大、反向放大,什么加法器、減法器、差分輸入等計算公式。
下面舉例進行分析:
(1)反向放大器:
圖1是反相放大器,①由“虛短”概念得出V+=V-;②由“虛斷”得運放正負輸入端電流為0,則I1=I2。
因為V+=0,所以V-=0,那么R1的電流I1=(Vi - V-)/R1
R2的電流I2=(V- -Vout)/R2
由I1=I2得出(Vi - V-)/R1=(V- -Vout)/R2
化簡之后為:Vout = (-R2/R1)*Vi,這不就是反相放大器的公式嘛。
(2)同相放大器:
由圖2,①根據“虛短”得出Vi=V-;②由“虛斷”得運放正負輸入端電流為0,即得I1=I2。
I1=(Vi-0)/R2
I2=(Vout- Vi)/R1
所以(Vi-0)/R2=( Vout- Vi)/R1
化簡得Vout=Vi*(R1+R2)/R2。
(3)加法器電路:
圖3為反相加法器電路,同理①根據“虛短”得出V+=V-=0;
②由“虛斷”得運放正負輸入端電流為0,即R3的電流等于R1與R2電流之和,
(V- –Vout)/R3=(V1 – V-)/R1 + (V2 – V-)/R2,由于V+=V-=0,
則–Vout/R3= V1/R1+V2/R2,若取電阻R1=R2=R3,則Vout=-(V1+V2)。
(4)差分放大電路(減法電路):
由圖4,同理①根據“虛短”得出V+=V-;②由“虛斷”得運放正負輸入端電流為0;
V+=V2*R3/(R2+R3)
V-= V+= V2*R3/(R2+R3)
由R4和R3電流相等得出(V1 – V-)/R1 = (V- - Vout)/R4
化簡得Vout =(R2+R4)*R3*V2/[(R1+R4)*R2]-R4*V1/R2;
實際應用時,一般取R1=R2,R3=R4,則輸入輸出關系變為:Vout=(V2-V1) ×R4/R1,若取R1=R4,則Vout=V2-V1。
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