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运放原理完全分析 虚短和虚断

高工
2015-06-18 20:22:15    评分
今日欢喜忧愁可谓是皆然了!喜的是终于推出了多年未结的公式,忧的是又被吵了 。

话说今日调试之时,突然电路有故障,原因是音频检测电路的运放的反馈电阻虚焊了,由此引起一段未解的公式来!那还是远在6年前的技校课堂上,老师讲到运放只含糊的讲了第一节然后这一章竟然跳过了,他说运放这东西你们有兴趣可以看看,直接跳到后面的振荡电路了,我没有放过,看了点,但是实在是搞不明白那公式是怎么推导出来的,其后多年也没有机会用运放,顶多用个比较器罢了。
我回头看那电路原理图,音频信号经过电容耦合进运放,然后进运放的+,然后就是反馈电阻了,接着就是一个二极管和电容,最后是三极管送进进单片机,可以很容易的看出设计者的意图,设计者是利用运放放大了信号,由于信号是交流源故而加了一个二极管和电容做整流滤波,之后就变成了一个电压信号加在三极管的基极,然后后面的事就不要说了,单片机轻易的可以知道当前有没有播放音乐,从而实现检测音频信号有无的最终目的,无独有偶,其实这个电路早在去年这个时候在车间的时候意见看过类似的,他们检测VGA也是这么做的!
这个电路的核心是运放,那么运放组成了一个什么样的电路就要仔细分析一下了,


我原理图上的结构和此图如出一辙,RS电阻是个电容而已,也就是音频信号的放大器。由此分析开始看RF并接到运放输入输出+-两端表明是负反馈,R1是个什么东西,不用管他,先看运放的输入端是+,那么输出在一瞬间是+,那么电流流过RF和R1到地。这是VO也就是输出电压,还有一路是N端也就是-,按照运放的续断概念VIN=VN=VP,由此可见这里有一个电流I1,根据运放的虚断概念,输入电阻相当于无穷大,则有vi/R1=v0/Rf+R1,这个电流是等量关系,有了电流等量就可以联系输出和输入了,由此退出V0/VI=Rf+R1/R1,移项得出V0=(RF+R1/R1)*VI,分拆等价于V0=(R1/R1+RF/R1)*V1,再次合并等于V0=(1+RF/R1)*VI,和书上的一模一样,不难看出此公式为线性,放大倍数为1+RF/R1,相位为同相,也就是书上说的同相比例运算放大器!!!
以此类推,反相比例的推导也易如反掌了,如图:
 


首先要根据虚地的概念实际上就是虚短,这样V-等于0V,I1=UI/R1,然后是另一条支路是从V-到V0,由于电流方向为从地向-,所以就是0-V0/RF=-(V0/RF),前面的负号表示V0低于0V的意思。也从侧面上反应出电流方向,如果VO大于0V电流就是和参考相反了,这又印证了虚短造成的虚地!再根据虚断的概念,这两路电流相等,这又是等量关系,依次推出  VI/R1=-(V0/RF
,变换公式为
(-VO/VI=RF/R1)等价于VO=(-RF/R1)VI。


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