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標(biāo)簽 > 放大器電路
放大電路亦稱(chēng)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(hào)(簡(jiǎn)稱(chēng)信號(hào),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(hào)變化規(guī)律一致的信號(hào),即進(jìn)行不失真的放大。
放大電路亦稱(chēng)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(hào)(簡(jiǎn)稱(chēng)信號(hào),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(hào)變化規(guī)律一致的信號(hào),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(hào)源、晶體三極管構(gòu)成的放大器及負(fù)載組成。
放大電路亦稱(chēng)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(hào)(簡(jiǎn)稱(chēng)信號(hào),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(hào)變化規(guī)律一致的信號(hào),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(hào)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(hào)放大條件下,將非線(xiàn)性的三極管放大電路等效為線(xiàn)性放大電路。
放大倍數(shù)
放大倍數(shù)又稱(chēng)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(duì)于信號(hào)源來(lái)說(shuō),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(duì)信號(hào)源的影響程度。輸入電阻越大,放大電路從信號(hào)源汲取的電流(即輸入電流)就越小,信號(hào)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(hào)源電壓,常稱(chēng)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(chēng)為阻抗匹配。
輸出電阻
對(duì)負(fù)載而言,放大電路的輸出端可等效為一個(gè)信號(hào)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(chēng)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(wú)可避免,但是運(yùn)放攻略太多,那不妨來(lái)試試這篇用電路圖作為主線(xiàn)的文章來(lái)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(mén),令人眼花瞭亂,在分析運(yùn)算放大器工作原理時(shí)倘沒(méi)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(xiàn)性狀態(tài)時(shí),可把兩輸入端視為等電位,這一特性稱(chēng)為虛假短路,簡(jiǎn)稱(chēng)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(xiàn)性狀態(tài)時(shí),可以把兩輸入端視為等效開(kāi)路,這一特性 稱(chēng)為虛假開(kāi)路,簡(jiǎn)稱(chēng)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(méi)有電流注入和流出,那么R1和R2相當(dāng)于是串聯(lián)的,流過(guò)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(guò)R1的電流和流過(guò)R2的電流是相同的。流過(guò)R1的電流I1 = (Vi - V-)/R1 ……a 流過(guò)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(shuō)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)樘摂啵聪蜉斎攵藳](méi)有電流輸入輸出,通過(guò)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(shuō)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(guò)R2與R1的電流之和等于通過(guò)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(shuō)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(hào)?
5.運(yùn)算放大器工作原理經(jīng)典電路圖四
請(qǐng)看圖四。因?yàn)樘摂啵\(yùn)算放大器同向端沒(méi)有電流流過(guò),則流過(guò)R1和R2的電流相等,同理流過(guò)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(guò)R1的電流等于通過(guò)R2的電流,同理通過(guò)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(shuō)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(guò)R1的電流與通過(guò)C1的電流相等。通過(guò)R1的電流 i=V1/R1 通過(guò)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(duì)時(shí)間的積分成正比,這就是傳說(shuō)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(xiàn)。
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(guò)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(duì)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(méi)有電流流過(guò),則R1、R2、R3可視為串聯(lián),通過(guò)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(guò)R6與流過(guò)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(shuō)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(lái)自各種檢測(cè)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(hào),圖九就是這樣一個(gè)典型電路。如圖4~20mA電流流過(guò)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(méi)有電流流過(guò),則流過(guò)R3和R5的電流相等,流過(guò)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(shuō),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(méi)有通過(guò)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(méi)有電流流過(guò),
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(shuō)明R7兩端的電壓和輸入電壓Vi相等,則通過(guò)R7的電流I=Vi/R7,如果負(fù)載RL《《100KΩ,則通過(guò)Rl和通過(guò)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(lái)一個(gè)復(fù)雜的,呵呵!圖十一是一個(gè)三線(xiàn)制PT100前置放大電路。PT100傳感器引出三根材質(zhì)、線(xiàn)徑、長(zhǎng)度完全相同的線(xiàn),接法如圖所示。有2V的電壓加在由R14、R20、R15、Z1、PT100及其線(xiàn)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(kāi)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(méi)有電流流過(guò),則流過(guò)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(méi)有電流流過(guò), V1=V7 ……d 在橋電路中R15和Z1、PT100及線(xiàn)電阻串聯(lián),PT100與線(xiàn)電阻串聯(lián)分得的電壓通過(guò)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(jiǎn)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?cè)倏淳€(xiàn)電阻的影響。Pt100最下端線(xiàn)電阻上產(chǎn)生的電壓降經(jīng)過(guò)中間的線(xiàn)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(cè)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。
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關(guān)于運(yùn)算放大器電路的應(yīng)用,資深工程師有話(huà)說(shuō)
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