原文来自公众号:工程师看海
对于运算放大器而言,分析的思路大同小异,都是以“虚短虚断”为基本原则,这里结合虚短虚断原则,介绍下反相放大电路、同相放大电路和跟随器的计算过程,理解这三个过程以后,就可以举一反三,计算其他结构的放大电路。
虚短原则:对于电压而言,运放的同相端和反相端接近短路,二者电位相等;
虚断原则:对于电流而言,运放的同相端和反相端接近断路,二者电流为0;
反相放大电路
下图是反相放大电路,特点是输入信号Ui接到运放的反相输入端,运放同相输入端接地。
根据虚短的原则,A点的电压和同相端相等,都是GND。
根据虚断原则,电流没有从运放的-端输入,电流路径见下图虚线。因此流过R1的电流等于流过Rf的电流,只要一个方程就求解出传递公式:
(Ui - 0) / R1 = (0 - Uo) / Rf
整理得:
是不是非常简单?
同相放大电路
同样的分析思路,咱们再来分析下同相放大电路。
根据虚短原则,‘+’与‘-’电位相等,即A点电位等于输入电压Ui;
根据虚断原则,‘+’与‘-’之间不走电流,电流路径见下图虚线,因此流过R1的电流等于流过Rf的电流,只要一个方程就求解出传递公式:
(Ui - 0) / R1 = (Uo - Ui) / Rf
整理得:
跟随器
有的信号源输出阻抗R1很大,那么负载采集到的信号就小了,为了降低阻抗,增加采样精度,跟随器是一个常见的降低阻抗方案。
跟随器的特点是输入阻抗非常大,常常达到几十MΩ甚至上GΩ,而跟随器的输出阻抗又非常非常小,如此就可以增加驱动能力,下图是加入跟随器后的示意图,R3非常小了,因此Uload就更准确了。
下图是跟随器的原理图:
根据虚短原则,A点电位等于Ui等于U0;
根据虚断原则,‘+’‘-’之间几乎无电流通过,输入阻抗非常高,输出阻抗很小,提高了驱动能力。
以上就是3个非常经典的运放电路分析过程。
留一个问题,为什么通过匹配外围电阻设置的放大倍数往往只有十几倍或几十倍,而不能达到几千或者几万倍?咱们后面会详细介绍。
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