模拟电路必须掌握的知识点——运算放大器,简称运放,运放组成的电路千变万化,多种多样,是模拟电路必须掌握的重点内容。分析运放的工作原理时,如果不掌握运放的核心,往往会令人头疼,还不知所措。
下面根据本人的经验,使用运放最常用的特性分析运放电路——'虚短'和'虚断'。 '虚短'和'虚断'这两个概念在模电教材里都有介绍,在所有运放电路分析当中都非常实用,但是能把它运用到炉火纯青的地步,需要较深的功底。
(1)虚短,虚短是指运放同相输入端和反相输入端近似看作短路,但实际并没有短接,所以称为'虚短', '虚短'即运放正负输入端的电压(电位)相等。
(2)虚断,运放输入端的阻抗很大,流入的电流非常小,不足1uA,所以用于计算时可以近似地把运放输入端看作'开路',所以称之为'虚断'。'虚断'指的是运放正负输入端的电流为零。
分析运放电路的工作原理时,紧扣'虚短'和'虚断'两个概念,再结合电路原理进行计算即可,非常方便,不需要记什么同向放大、反向放大,什么加法器、减法器、差分输入等计算公式。
下面举例进行分析:
(1)反向放大器:
图1是反相放大器,①由'虚短'概念得出V+=V-;②由'虚断'得运放正负输入端电流为0,则I1=I2。
因为V+=0,所以V-=0,那么R1的电流I1=(Vi - V-)/R1
R2的电流I2=(V- - Vout)/R2
由I1=I2得出(Vi - V-)/R1=(V- - Vout)/R2
化简之后为:Vout = (-R2/R1)*Vi,这不就是反相放大器的公式嘛。
(2)同相放大器:
由图2,①根据'虚短'得出Vi=V-;②由'虚断'得运放正负输入端电流为0,即得I1=I2。
I1=(Vi-0)/R2
I2=(Vout- Vi)/R1
所以(Vi-0)/R2=( Vout- Vi)/R1
化简得Vout=Vi*(R1+R2)/R2。
(3)加法器电路:
图3为反相加法器电路,同理①根据'虚短'得出V+=V-=0;
②由'虚断'得运放正负输入端电流为0,即R3的电流等于R1与R2电流之和,
(V- –Vout)/R3=(V1 – V-)/R1 + (V2 – V-)/R2,由于V+=V-=0,
则–Vout/R3= V1/R1+V2/R2,若取电阻R1=R2=R3,则Vout=-(V1+V2)。
(4)差分放大电路(减法电路):
由图4,同理①根据'虚短'得出V+=V-;②由'虚断'得运放正负输入端电流为0;
V+=V2*R3/(R2+R3)
V-= V+= V2*R3/(R2+R3)
由R4和R3电流相等得出(V1 – V-)/R1 = (V- - Vout)/R4
化简得Vout =(R2+R4)*R3*V2/[(R1+R4)*R2]-R4*V1/R2;
实际应用时,一般取R1=R2,R3=R4,则输入输出关系变为:Vout=(V2-V1) ×R4/R1,
若取R1=R4,则Vout=V2-V1。
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