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基于虚断与虚短的基本运放电路分析

返回列表来源:壹芯微 发布日期 2023-03-11 浏览:-

从虚断,虚短分析基本运放电路

1反相放大电路
1.jpg

图中运放的同向端接地Vp=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。

I1 = (Vi - V-)/R1 ................一个

I2 = (V- - Vout)/R2 ............b

V- = V+ = 0 .......................c

I1 = I2d

求解上面的初中代数方程得Vout = (-R2/R1)*Vi

这就是我们平时所说的反向放大器的输入输出关系式了。

既然讲到了反相放大电路,很容易想到应该会有同相放大电路,那我们接着来看看同相放大电路又是怎么样的吧。

2同相放大电路
2.jpg

图中Vn与Vp虚短,

则 Vp = Vn .......................一个

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R1上的分压, 即:

我们 = I*R1 ...............................c

由abc式得:

Vout = We*(R1+R2)/R2

这就是同向放大器的输入输出电压关系了。

3电压跟随器
3.jpg

当同相放大电路中R1 = R2 = 0

就产生了一种特殊用法,我们称之为电压跟随器,很明显,我们可以知道,它的输入与输出是一样的,运放电路具有输入阻抗高,而输出阻抗低的特性,使用一级跟随器可以避免电路中由负载的变化而引起输出量的变化,以使负载效应最小化。这样在电路中它就相当于一个隔离器或缓冲器,能保证我们电路功能的稳定。

4加法电路
4.jpg

图中,由虚短可知:

Vn= Vp = 0 ..................a

由虚断及基尔霍夫定律可知,通过R2与R1的电流之和等于通过R3的电流,故

(V1 – Vn)/R1 + (V2 – Vn)/R2 = (Vn –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,

这就是加法器了。

有了加法电路,那肯定就少不了减法电路吧,减分电路又是怎么样的呢?现在一起来看看。

5减法电路
5.jpg

图中由虚断可知,通过R2的电流等于通过R3的电流,同理通过R1的电流等于R4的电流,故有

(V2 – Vp)/R2 = Vp/R3 ................a

(V1 – Vn)/R1 = (Vn - Vout)/R4 ...b

如果R2 = R3, 则

Vp = V2/2 ..................................c

如果R1 = R4, 则

Vn = (Vout + V1)/2 ....................d

由虚短知 Vn = Vp .....................e

所以 Vout = V2-V1 这就是减法器了。

6积分电路
6.jpg

图电路中,由虚短知,反向输入端的电压与同向端相等。

由虚断知,通过R的电流与通过C的电流相等。

通过R的电流

i = V1/R

通过C的电流

i = CdUc/dt = -CdVout/dt

所以

Vout = ((-1/(R*C))∫V1dt

输出电压与输入电压对时间的积分成正比,这就是积分电路了。

若V1为恒定电压U,则上式变换为

Vout = -Ut/(RC)

t 是时间,则Vout输出电压是一条从0至负电源电压按时间变化的直线。

同样的道理,有积分电路就有微分电路,那微分电路又是怎么样的呢,我们一起来看看。

7微分电路
7.jpg

图中由虚断知,通过电容C和电阻R的电流是相等的。

由虚短知,运放同向端与反向端电压是相等的。则:

Vout = -i * R = -(R*C)dV1/dt

这是一个微分电路。

如果V1是一个突然加入的直流电压,则输出Vout对应一个方向与V1相反的脉冲。

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