运放的典型电路举例与计算仿真_运放电路输出模拟电压计算

运放电路的计算，通过记各种公式很难记住，但是掌握其两个重要概念，所有计算均可迎刃而解。

那就是运放的两个重要特性：

虚断：运放本质特性，输入阻抗大，两个输入端视为等效开路；

虚短：不是运放本身特性，深度负反馈的结果，两个输入端视为等电位。

 

1- 同相放大电路

 

同向反向输入端虚短： Vi = V- （a）

同向反向输入端虚断：流过R1 R2电阻的电流得：I = Vout/(R1+R2)  （b）

由于Vi=R2上的分压，即：Vi = I*R2  （c）

综合得出：

Vout=Vi*(R1+R2)/R2

这就是反向放大器的输入输出关系式。仿真如下：

  

 

2- 反相放大电路

同向输入端接地，根据虚短，所以反向端电位也是0V；

根据虚断，同向反向输入端均无电流输入，R1 R2电阻相当于串联，流过的电流是相同：

流过R1的电流I1 = (Vi - V-)/R1     （a）

流过R2的电流I2 = (V- - Vout)/R2 （b）

V- = V+ = 0                                        （c）

I1 = I2                                                 （d）

求解代数方程得：

Vout = (-R2/R1)*Vi

这就是反向放大器的输入输出关系式。仿真如下：

 

3-加法器放大电路

根据虚断，流过R1 R2电流相等，同理流过R3 R4电流也相等；故：

(V1 – V+)/R1 = (V+ - V2)/R2  （a）

(Vout – V-)/R3 = V-/R4             （b）

根据虚短：V+ = V-                  （c）

假设R1=R2     R3=R4   则：

V+ = (V1 + V2)/2 V- = Vout/2  故：

Vout = V1 + V2

这就是同向加法放大器的输入输出关系。仿真如下：

 

4- 减法器放大电路

 

根据虚断：流过R1 R2电流相等，流过R3 R4的电流相等：

(V2–V+)/R1=V+/R2             （a）

(V1–V-)/R4=(V--Vout)/R3    （b）

如果R1=R2，则V+=V2/2  （c）

如果R3=R4，则V-=(Vout+V1)/2 （d）

根据虚短：V+ = V-       （e）

总上所述：Vout=V2-V1

这就是减法放大器。

 

 

5-积分电路

根据虚短：同向和反向输入端电平相等为0；

根据虚断：流过R1与流过C1的电流相等；

电阻i=V1/R1；

电容i=C*dUc/dt=-C*dVout/dt ；

故：Vout=((-1/(R1*C1))∫V1dt；

输出电压与输入电压对时间的积分成正比,这就是传说中的积分电路。

 

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至负电源电压按时间变化的直线。

 

6-微分电路

根据虚短：同向和反向输入端电平相等为0；

根据虚断：流过R1与流过C1的电流相等；

Vout = -i * R2 = -(R2*C1)dV1/dt

上述是一个微分电路；

如果V1是一个突然加入的直流电压，则输出Vout对应一个方向与V1相反的脉冲。

 

7-差分放大电路

根据虚短：

Vx = V1            （a）

Vy = V2            （b）

根据虚断：R1 R2 R3为串联，流过的电路相等。

I=(Vx-Vy)/R2   （c）

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

根据虚断：流过R6 R7的电流相等，假如R6=R7 ：

Vw = Vo2/2   （e）

同理若R4=R5，则Vout – Vu = Vu – Vo1，故：

Vu = (Vout+Vo1)/2  （f）

根据虚短： Vu = Vw  （g）    由（e）（f）（g）得：

Vout = Vo2 – Vo1  （h）      由（d）（h）得：

Vout = (Vy –Vx)(R1+R2+R3)/R2

上式中(R1+R2+R3)/R2是定值，此值确定了差值(Vy –Vx)的放大倍数。

这个电路就是传说中的差分放大电路。

 

8-电压跟随电路

如下所示为利用放大器搭建的电压跟随电路，测量电压大小：

 

此电路目的是测量电池电压，电池电压范围（3~4.2V）分压后最大电压为2.1V 属于3.3V电源电压下的输入范围；

仿真如下：

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