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標(biāo)簽 > 運(yùn)放電路
運(yùn)放電路能對信號進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算的放大電路。它曾是模擬計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)部件，因而得名。采用集成電路工藝制做的運(yùn)算放大器，除保持了原有的很高的增益和輸入阻抗的特點(diǎn)之外，還具有精巧、廉價(jià)和可靈活使用等優(yōu)點(diǎn)，因而在有源濾波器、開關(guān)電容電路、數(shù)-模和模-數(shù)轉(zhuǎn)換器、直流信號放大、波形的產(chǎn)生和變換，以及信號處理等方面得到十分廣泛的應(yīng)用。
運(yùn)放電路能對信號進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算的放大電路。它曾是模擬計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)部件，因而得名。采用集成電路工藝制做的運(yùn)算放大器，除保持了原有的很高的增益和輸入阻抗的特點(diǎn)之外，還具有精巧、廉價(jià)和可靈活使用等優(yōu)點(diǎn)，因而在有源濾波器、開關(guān)電容電路、數(shù)-模和模-數(shù)轉(zhuǎn)換器、直流信號放大、波形的產(chǎn)生和變換，以及信號處理等方面得到十分廣泛的應(yīng)用。
直流放大電路在工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域中，特別是在一些測量儀器和自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛。如在一些自動(dòng)控制系統(tǒng)中，首先要把被控制的非電量（如溫度、轉(zhuǎn)速、壓力、流量、照度等）用傳感器轉(zhuǎn)換為電信號，再與給定量比較，得到一個(gè)微弱的偏差信號。因?yàn)檫@個(gè)微弱的偏差信號的幅度和功率均不足以推動(dòng)顯示或者執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所以需要把這個(gè)偏差信號放大到需要的程度，再去推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或送到儀表中去顯示，從而達(dá)到自動(dòng)控制和測量的目的。因?yàn)楸环糯蟮男盘柖鄶?shù)是變化比較緩慢的直流信號，分析交流信號放大的放大器由于存在電容器這樣的元件，不能有效地耦合這樣的信號，所以也就不能實(shí)現(xiàn)對這樣信號的放大。能夠有效地放大緩慢變化的直流信號的最常用的器件是運(yùn)算放大器。運(yùn)算放大器最早被發(fā)明作為模擬信號的運(yùn)算（實(shí)現(xiàn)加減乘除比例微分積分等）單元，是模擬電子計(jì)算機(jī)的基本組成部件，由真空電子管組成。所用的運(yùn)算放大器，是把多個(gè)晶體管組成的直接耦合的具有高放大倍數(shù)的電路，集成在一塊微小的硅片上。
運(yùn)放電路能對信號進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算的放大電路。它曾是模擬計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)部件，因而得名。采用集成電路工藝制做的運(yùn)算放大器，除保持了原有的很高的增益和輸入阻抗的特點(diǎn)之外，還具有精巧、廉價(jià)和可靈活使用等優(yōu)點(diǎn)，因而在有源濾波器、開關(guān)電容電路、數(shù)-模和模-數(shù)轉(zhuǎn)換器、直流信號放大、波形的產(chǎn)生和變換，以及信號處理等方面得到十分廣泛的應(yīng)用。
直流放大電路在工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域中，特別是在一些測量儀器和自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛。如在一些自動(dòng)控制系統(tǒng)中，首先要把被控制的非電量（如溫度、轉(zhuǎn)速、壓力、流量、照度等）用傳感器轉(zhuǎn)換為電信號，再與給定量比較，得到一個(gè)微弱的偏差信號。因?yàn)檫@個(gè)微弱的偏差信號的幅度和功率均不足以推動(dòng)顯示或者執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所以需要把這個(gè)偏差信號放大到需要的程度，再去推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或送到儀表中去顯示，從而達(dá)到自動(dòng)控制和測量的目的。因?yàn)楸环糯蟮男盘柖鄶?shù)是變化比較緩慢的直流信號，分析交流信號放大的放大器由于存在電容器這樣的元件，不能有效地耦合這樣的信號，所以也就不能實(shí)現(xiàn)對這樣信號的放大。能夠有效地放大緩慢變化的直流信號的最常用的器件是運(yùn)算放大器。運(yùn)算放大器最早被發(fā)明作為模擬信號的運(yùn)算（實(shí)現(xiàn)加減乘除比例微分積分等）單元，是模擬電子計(jì)算機(jī)的基本組成部件，由真空電子管組成。所用的運(yùn)算放大器，是把多個(gè)晶體管組成的直接耦合的具有高放大倍數(shù)的電路，集成在一塊微小的硅片上。
運(yùn)算放大器基本電路及原理
圖六電路中，由虛短知，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。
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)放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。
圖八。由虛短知Vx = V1 ……a Vy = V2 ……b 由虛斷知，運(yùn)放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。
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上會產(chǎn)生0.4~2V 的電壓差。由虛斷知，運(yùn)放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。
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)放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。
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，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
?。╒6-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。
關(guān)于十一種經(jīng)典運(yùn)放電路的分析
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從虛斷與虛短入手剖析運(yùn)放電路 —電路圖天天讀（125）
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把運(yùn)放電路同相輸入和反向輸入調(diào)換會出現(xiàn)什么情況？
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類別：模擬數(shù)字論文 2017-04-18 標(biāo)簽：運(yùn)放電路
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