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运算放大器的熟谙利用-6个经典的高档电路

发布日期:2024-11-01 12:18    点击次数:64

前一篇著述讲了运算的一般分析考虑标准。

运算放大器是一种非往往用的电子器件,用于放大电压信号,实施多样信号处理任务。在电子工程界限,它们被庸碌用于多样应用,如滤波、放大、比拟、积分等。

其中,要点提到了运放分析的两把“板斧”------“虚短”和“虚断”,有了这两个基本倡导,再聚合常用的欧姆定律,基尔霍夫电流,电压定律基本就不错料理大大宗问题了。

咱们当今不错用这个器具进行更复杂的电路的分析了。

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先看下图,分析如下:

由虚断知,通过R1的电流等于通过R2的电流,同理通过R4的电流等于R3的电流,故有 (V2 – V+)/R1 = V+/R2

(V1 – V-)/R4 = (V- - Vout)/R3

淌若 R1=R2, 则 V+ = V2/2

淌若 R3=R4, 则 V- = (Vout + V1)/2

由虚短知 V+ = V-

是以 Vout=V2-V1

这么,咱们就诡计了一个新的减法器了。

再看上图,分析如下:

由虚短知,反向输入端的电压与同向端视配

由虚断知,通过R1的电流与通过C1的电流相配。

通过R1的电流 i=V1/R1

通过 C1 的电流 i=C*dUc/dt=-C*dVout/dt

是以 Vout=((-1/(R1*C1))∫V1dt

输出电压与输入电压对时间的积分红正比

这么,咱们就诡计了一个新的积分电路了。

若 V1 为恒定电压 U,则上式变换为 Vout = -U*t/(R1*C1) t 是时间,则 Vout 输出电压是一条从 0 至负电源电压按本领变化的直线。

关于上头这个电路,关于外行来说,不太好颐养,那咱们也不错浅易仿真分析一下。

最初,来搭建一个积分电路

如下图,仿真效果在右边,对着图形分析就比拟容易了。示波器上头蓝色的方波是信号发生器产生的,底下的锯齿波即是通过积分电路后的波形。

再看上图,分析如下:

图中由虚断知,通过电容 C1 和电阻 R2 的电流是相配的

由虚短知,运放同向端与反向端电压是相配的。

是以有:Vout = -i * R2 = -(R2*C1)dV1/dt

因此,咱们这里诡计了一个微分电路。

淌若 V1 是一个倏得加入的直流电压,则输出 Vout 对应一个标的与 V1 相悖的脉冲。

为了赢得高共模阻碍比,一般取Rf=R,然后字据电压增益聘用R1、R2。

电压增益A=1+2R1/R2

电压增益定了,R2也定了,就不错字据R2定制R1

电路的详备分析如下:

再看上图,分析如下:

上图中,由虚短知 Vx = V1 Vy = V2

由虚断知,运放输入端莫得电流流过,则 R1、R2、R3 可视为串联,通过每一个电阻的电流是疏导的, 电流 I=(Vx-Vy)/R2

则:Vo1-Vo2=I*(R1+R2+R3) = (Vx-Vy)(R1+R2+R3)/R2

由虚断知,流过 R6 与流过 R7 的电流相配,若 R6=R7,则Vw = Vo2/2

同理若 R4=R5,则 Vout – Vu = Vu – Vo1,故 Vu = (Vout+Vo1)/2

由虚短知,Vu = Vw

由以上三式子很容易得到 Vout = Vo2 – Vo1

进而不错求得 Vout = (Vy –Vx)(R1+R2+R3)/R2 上式中(R1+R2+R3)/R2 是定值,此值细则了差值(Vy –Vx)的放大倍数。

这么,就诡计了一个差分放大电路了。

再看上图,分析如下:

好多拆除器禁受来自多样检测面貌的 0~20mA 或 4~20mA 电流,电路将此电流转念成电压后再送 ADC 转念成数字信号

上图即是这么一个典型电路。

如图 4~20mA 电流流过采样 100Ω电阻 R1,在 R1 上会产生 0.4~2V 的电压差。

由虚断知,运放输入端莫得电流流过,则流过 R3 和 R5 的电流相配,流过 R2 和 R4 的电流相配。

故:(V2-Vy)/R3 = Vy/R5 (V1-Vx)/R2 = (Vx-Vout)/R4

由虚短知:Vx = Vy

电流从 0~20mA 变化,则 V1 = V2 + (0.4~2)

由上头式子代入得(V2 + (0.4~2)-Vy)/R2 = (Vy-Vout)/R4

淌若 R3=R2,R4=R5,

则得到 Vout = -(0.4~2)R4/R2

图中 R4/R2=22k/10k=2.2,

则式 Vout = -(0.88~4.4)V,即是说,将 4~20mA 电流转念成了 -0.88 ~ -4.4V 电压,此电压不错送 ADC 去向理。齐备的经过即是这么的

再看上图,分析如下:

电流不错转念成电压,电压也不错转念成电流。

上图的负响应莫得通过电阻径直响应,而是串联了三极管 Q1 的辐射结,不要认为是一个比拟器。

只有是放大电路,虚短虚断的端正仍然是合适的!

由虚断知,运放输入端莫得电流流过,

则 (Vi – V1)/R2 = (V1 – V4)/R6

同理 (V3 – V2)/R5 = V2/R4

由虚短知 V1 = V2

淌若 R2=R6,R4=R5,则由式得 V3-V4=Vi

上式评释 R7 两头的电压和输入电压 Vi 相配,则通过 R7 的电流 I=Vi/R7,淌若负载 RL<<100KΩ,则通过 Rl 和通过 R7 的电流基本疏导。

两篇著述下来,咱们分析了快要10个运放的电路,况兼部分电路通过仿真进一步分析,不错看出,只有掌持了正确的标准,更复杂的电路也不错一步一步的分析出来。

转头:

运放的常用典型电路案例

响应放大器:响应放大器是一种常见的运算放大器电路。它利用负响应来调度放大器的增益和性能。通过诊治响应电阻的值,不错拆除放大器的增益,况兼不错达成恰当的放大器诡计。

积分器和微分器:这两种电路辞别利用运算放大器来实施积分和微分操作。积分器将输入信号进行积分,输出信号的幅度与输入信号的时间积分红正比。而微分器则实施相悖的操作,输出信号的幅度与输入信号的时间导数成正比。这些电路在信号处理和拆除系统中具有庸碌的应用,举例滤波器和PID拆除器。

比拟器:比拟器利用运算放大器来比拟两个输入信号的大小,并输出相应的逻辑电平。比拟器常用于模拟电路和数字电路中的阈值检测和触发应用。通过诊治响应收集和阈值电压,不错达成不同的比拟功能。

滤波器:运算放大器还可用于诡计多样类型的滤波器,如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。通过聘用合适的电阻、电容和响应收集,不错达成所需的滤波特色,举例截止频率、通带增益和阻带衰减等。

漂流器:漂流器电路利用运算放大器的响应回路来产生周期性的输出信号。常见的漂流器包括正弦波漂流器、方波漂流器和三角波漂流器等。这些电路在信号生成、频率调制和时钟源等应用中发达着进军作用。

电压参考源:运算放大器还可用于诡计恰当的电压参考源。通过使用稳压二极管或参考电路来提供基准电压,并利用运算放大器的高增益和低漂移特色来恰当输出电压,不错达成高精度的电压参考源。





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