放大器電路

放大器電路簡介

　　放大電路亦稱為放大器電路，它是使用最為廣泛的電子電路之一、也是構(gòu)成其他電子電路的基礎(chǔ)單元電路。所謂放大，就是將輸入的微弱信號（簡稱信號，指變化的電壓、電流等）放大到所需要的幅度值且與原輸入信號變化規(guī)律一致的信號，即進(jìn)行不失真的放大。只有在不失真的情況下放大才有意義。放大電路的本質(zhì)是能量的控制和轉(zhuǎn)換，根據(jù)輸入回路和輸出回路的公共端不同，放大電路有三種基本形式：共射放大電路、共集放大電路和共基放大電路

　　實(shí)際的放大電路通常是由信號源、晶體三極管構(gòu)成的放大器及負(fù)載組成。

放大器電路百科

　　放大電路亦稱為放大器電路，它是使用最為廣泛的電子電路之一、也是構(gòu)成其他電子電路的基礎(chǔ)單元電路。所謂放大，就是將輸入的微弱信號（簡稱信號，指變化的電壓、電流等）放大到所需要的幅度值且與原輸入信號變化規(guī)律一致的信號，即進(jìn)行不失真的放大。只有在不失真的情況下放大才有意義。放大電路的本質(zhì)是能量的控制和轉(zhuǎn)換，根據(jù)輸入回路和輸出回路的公共端不同，放大電路有三種基本形式：共射放大電路、共集放大電路和共基放大電路

　　實(shí)際的放大電路通常是由信號源、晶體三極管構(gòu)成的放大器及負(fù)載組成。

　　性能指標(biāo)

　　電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻是放大電路的三個(gè)主要性能指標(biāo)，分析這三個(gè)指標(biāo)最常用的方法是微變等效電路法，這是一種在小信號放大條件下，將非線性的三極管放大電路等效為線性放大電路。

　　放大倍數(shù)

　　放大倍數(shù)又稱增益，它是衡量放大電路放大能力的指標(biāo)。根據(jù)需要處理的輸入和輸出量的不同，放大倍數(shù)有電壓、電流、互阻、互導(dǎo)和功率放大倍數(shù)等，其中電壓放大倍數(shù)應(yīng)用最多。

　　輸入電阻

　　放大電路的輸入電阻是從輸入端向放大電路內(nèi)看進(jìn)去的等效電阻，它等于放大電路輸出端接實(shí)際負(fù)載電阻后，輸入電壓與輸入電流之比，即Ri=Ui/Ii。對于信號源來說，輸入電阻就是它的等效負(fù)載。

　　輸入電阻的大小反映了放大電路對信號源的影響程度。輸入電阻越大，放大電路從信號源汲取的電流（即輸入電流）就越小，信號源內(nèi)阻上的壓降就越小，其實(shí)際輸入電壓就越接近于信號源電壓，常稱為恒壓輸入。反之，當(dāng)要求恒流輸入時(shí)，則必須使Ri《《Rs；若要求獲得最大功率輸入，則要求Ri=Rs，常稱為阻抗匹配。

　　輸出電阻

　　對負(fù)載而言，放大電路的輸出端可等效為一個(gè)信號源。輸出電阻越小，輸出電壓受負(fù)載的影響就越小，若Ro=0，則輸出電壓的大小將不受RL的大小影響，稱為恒壓輸出。當(dāng)RL《《Ro時(shí)即可得到恒流輸出。因此，輸出電阻的大小反映了放大電路帶負(fù)載能力的大小。

　　運(yùn)算放大器工作原理

　　運(yùn)算放大器基本上可以算得上是模擬電路的基本需要了解的電路之一，而要想更好用好運(yùn)放，透徹地了解運(yùn)算放大器工作原理是無可避免，但是運(yùn)放攻略太多，那不妨來試試這篇用電路圖作為主線的文章來帶你領(lǐng)略運(yùn)算放大器的工作原理吧。

　　1.運(yùn)算放大器工作原理綜述：

　　運(yùn)算放大器組成的電路五花八門，令人眼花瞭亂，在分析運(yùn)算放大器工作原理時(shí)倘沒有抓住核心，往往令人頭大。本文收集運(yùn)放電路的應(yīng)用電路，希望看完后有所收獲。但是在分析各個(gè)電路之前，還是先回憶一下兩個(gè)運(yùn)放教材里必教的技能，就是“虛短”和“虛斷”。

　　“虛短”是指在分析運(yùn)算放大器處于線性狀態(tài)時(shí)，可把兩輸入端視為等電位，這一特性稱為虛假短路，簡稱虛短。顯然不能將兩輸入端真正短路。

　　“虛斷”是指在分析運(yùn)放處于線性狀態(tài)時(shí)，可以把兩輸入端視為等效開路，這一特性 稱為虛假開路，簡稱虛斷。顯然不能將兩輸入端真正斷路。

　　2.運(yùn)算放大器工作原理經(jīng)典電路圖一

　　圖一運(yùn)算放大器的同向端接地=0V，反向端和同向端虛短，所以也是0V，反向輸入端輸入電阻很高，虛斷，幾乎沒有電流注入和流出，那么R1和R2相當(dāng)于是串聯(lián)的，流過一個(gè)串聯(lián)電路中的每一只組件的電流是相同的，即流過R1的電流和流過R2的電流是相同的。流過R1的電流I1 = （Vi - V-）/R1 ……a 流過R2的電流I2 = （V- - Vout）/R2 ……b V- = V+ = 0 ……c I1 = I2 ……d 求解上面的初中代數(shù)方程得Vout = （-R2/R1）*Vi 這就是傳說中的反向放大器的輸入輸出關(guān)系式了。

　　3.運(yùn)算放大器工作原理經(jīng)典電路圖二

　　圖二中Vi與V-虛短，則 Vi = V- ……a 因?yàn)樘摂?，反向輸入端沒有電流輸入輸出，通過R1和R2 的電流相等，設(shè)此電流為I，由歐姆定律得： I = Vout/（R1+R2） ……b Vi等于R2上的分壓， 即：Vi = I*R2 ……c 由abc式得Vout=Vi*（R1+R2）/R2 這就是傳說中的同向放大器的公式了。

　　4.運(yùn)算放大器工作原理經(jīng)典電路圖三

　　圖三中，由虛短知： V- = V+ = 0 ……a 由虛斷及基爾霍夫定律知，通過R2與R1的電流之和等于通過R3的電流，故 （V1 – V-）/R1 + （V2 – V-）/R2 = （Vout – V-）/R3 ……b 代入a式，b式變?yōu)閂1/R1 + V2/R2 = Vout/R3 如果取R1=R2=R3，則上式變?yōu)閂out=V1+V2，這就是傳說中的加法器了。

　?。ň庉嬚咦ⅲ┵|(zhì)疑：（V1 – V-）/R1 + （V2 – V-）/R2 = （V- – Vout）/R3 ……b 圖三公式中少了個(gè)負(fù)號？

　　5.運(yùn)算放大器工作原理經(jīng)典電路圖四

　　請看圖四。因?yàn)樘摂啵\(yùn)算放大器同向端沒有電流流過，則流過R1和R2的電流相等，同理流過R4和R3的電流也相等。故 （V1 – V+）/R1 = （V+ - V2）/R2 ……a （Vout – V-）/R3 = V-/R4 ……b 由虛短知： V+ = V- ……c 如果R1=R2，R3=R4，則由以上式子可以推導(dǎo)出 V+ = （V1 + V2）/2 V- = Vout/2 故 Vout = V1 + V2 也是一個(gè)加法器，呵呵！

　　6.運(yùn)算放大器工作原理經(jīng)典電路圖五

　　圖五由虛斷知，通過R1的電流等于通過R2的電流，同理通過R4的電流等于R3的電流，故有 （V2 – V+）/R1 = V+/R2 ……a （V1 – V-）/R4 = （V- - Vout）/R3 ……b 如果R1=R2， 則V+ = V2/2 ……c 如果R3=R4， 則V- = （Vout + V1）/2 ……d 由虛短知 V+ = V- ……e 所以 Vout=V2-V1 這就是傳說中的減法器了。

　　7.運(yùn)算放大器工作原理經(jīng)典電路圖六

　　圖六電路中，由運(yùn)算放大器的虛短知，反向輸入端的電壓與同向端相等，由虛斷知，通過R1的電流與通過C1的電流相等。通過R1的電流 i=V1/R1 通過C1的電流i=C*dUc/dt=-C*dVout/dt 所以 Vout=（（-1/（R1*C1））∫V1dt 輸出電壓與輸入電壓對時(shí)間的積分成正比，這就是傳說中的積分電路了。若V1為恒定電壓U，則上式變換為Vout = -U*t/（R1*C1） t 是時(shí)間，則Vout輸出電壓是一條從0至負(fù)電源電壓按時(shí)間變化的直線。

　　8.運(yùn)算放大器工作原理經(jīng)典電路圖七

　　圖七中由虛斷知，通過電容C1和電阻R2的電流是相等的，由虛短知，運(yùn)算放大器同向端與反向端電壓是相等的。則： Vout = -i * R2 = -（R2*C1）dV1/dt 這是一個(gè)微分電路。如果V1是一個(gè)突然加入的直流電壓，則輸出Vout對應(yīng)一個(gè)方向與V1相反的脈沖。

　　9.運(yùn)算放大器工作原理經(jīng)典電路圖八

　　圖八。由虛短知 Vx = V1 ……a Vy = V2 ……b 由虛斷知，運(yùn)算放大器輸入端沒有電流流過，則R1、R2、R3可視為串聯(lián)，通過每一個(gè)電阻的電流是相同的，電流I=（Vx-Vy）/R2 ……c 則： Vo1-Vo2=I*（R1+R2+R3） = （Vx-Vy）（R1+R2+R3）/R2 ……d 由虛斷知，流過R6與流過R7的電流相等，若R6=R7， 則Vw = Vo2/2 ……e 同理若R4=R5，則Vout – Vu = Vu – Vo1，故Vu = （Vout+Vo1）/2 ……f 由虛短知，Vu = Vw ……g 由efg得 Vout = Vo2 – Vo1 ……h 由dh得 Vout = （Vy –Vx）（R1+R2+R3）/R2 上式中（R1+R2+R3）/R2是定值，此值確定了差值（Vy –Vx）的放大倍數(shù)。這個(gè)電路就是傳說中的差分放大電路了。

　　10.運(yùn)算放大器工作原理經(jīng)典電路圖九

　　分析一個(gè)大家接觸得較多的電路。很多控制器接受來自各種檢測儀表的0~20mA或4~20mA電流，電路將此電流轉(zhuǎn)換成電壓后再送ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，圖九就是這樣一個(gè)典型電路。如圖4~20mA電流流過采樣100Ω電阻R1，在R1上會(huì)產(chǎn)生0.4~2V的電壓差。由虛斷知，運(yùn)算放大器輸入端沒有電流流過，則流過R3和R5的電流相等，流過R2和R4的電流相等。故： （V2-Vy）/R3 = Vy/R5 ……a （V1-Vx）/R2 = （Vx-Vout）/R4 ……b 由虛短知： Vx = Vy ……c 電流從0~20mA變化，則V1 = V2 + （0.4~2） ……d 由cd式代入b式得（V2 + （0.4~2）-Vy）/R2 = （Vy-Vout）/R4 ……e 如果R3=R2，R4=R5，則由e-a得Vout = -（0.4~2）R4/R2 ……f 圖九中R4/R2=22k/10k=2.2，則f式Vout = -（0.88~4.4）V，即是說，將4~20mA電流轉(zhuǎn)換成了-0.88 ~ -4.4V電壓，此電壓可以送ADC去處理。

　　11.運(yùn)算放大器工作原理經(jīng)典電路圖十

　　電流可以轉(zhuǎn)換成電壓，電壓也可以轉(zhuǎn)換成電流。圖十就是這樣一個(gè)電路。上圖的負(fù)反饋沒有通過電阻直接反饋，而是串聯(lián)了三極管Q1的發(fā)射結(jié)，大家可不要以為是一個(gè)比較器就是了。只要是放大電路，虛短虛斷的規(guī)律仍然是符合的！

　　由虛斷知，運(yùn)算放大器輸入端沒有電流流過，

　　則 （Vi – V1）/R2 = （V1 – V4）/R6 ……a

　　同理 （V3 – V2）/R5 = V2/R4 ……b

　　由虛短知 V1 = V2 ……c

　　如果R2=R6，R4=R5，則由abc式得V3-V4=Vi

　　上式說明R7兩端的電壓和輸入電壓Vi相等，則通過R7的電流I=Vi/R7，如果負(fù)載RL《《100KΩ，則通過Rl和通過R7的電流基本相同。

　　12.運(yùn)算放大器工作原理經(jīng)典電路圖十一

　　來一個(gè)復(fù)雜的，呵呵！圖十一是一個(gè)三線制PT100前置放大電路。PT100傳感器引出三根材質(zhì)、線徑、長度完全相同的線，接法如圖所示。有2V的電壓加在由R14、R20、R15、Z1、PT100及其線電阻組成的橋電路上。Z1、Z2、Z3、D11、D12、D83及各電容在電路中起濾波和保護(hù)作用，靜態(tài)分析時(shí)可不予理會(huì)，Z1、Z2、Z3可視為短路，D11、D12、D83及各電容可視為開路。由電阻分壓知， V3=2*R20/（R14+20）=200/1100=2/11 ……a 由虛短知，U8B第6、7腳 電壓和第5腳電壓相等 V4=V3 ……b 由虛斷知，U8A第2腳沒有電流流過，則流過R18和R19上的電流相等。 （V2-V4）/R19=（V5-V2）/R18 ……c 由虛斷知，U8A第3腳沒有電流流過， V1=V7 ……d 在橋電路中R15和Z1、PT100及線電阻串聯(lián)，PT100與線電阻串聯(lián)分得的電壓通過電阻R17加至U8A的第3腳， V7=2*（Rx+2R0）/（R15+Rx+2R0） …。.e 由虛短知，U8A第3腳和第2腳電壓相等， V1=V2 ……f 由abcdef得， （V5-V7）/100=（V7-V3）/2.2 化簡得 V5=（102.2*V7-100V3）/2.2 即 V5=204.4（Rx+2R0）/（1000+Rx+2R0） – 200/11 ……g 上式輸出電壓V5是Rx的函數(shù)我們再看線電阻的影響。Pt100最下端線電阻上產(chǎn)生的電壓降經(jīng)過中間的線電阻、Z2、R22，加至U8C的第10腳，由虛斷知， V5=V8=V9=2*R0/（R15+Rx+2R0） ……a （V6-V10）/R25=V10/R26 ……b 由虛短知， V10=V5 ……c 由式abc得 V6=（102.2/2.2）V5=204.4R0/［2.2（1000+Rx+2R0）］ ……h 由式gh組成的方程組知，如果測出V5、V6的值，就可算出Rx及R0，知道Rx，查pt100分度表就知道溫度的大小了。