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运放原理完全分析 虚短和虚断

diansaizhuanti
高工
2015-06-18 20:22:15     打赏
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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