运放电路分析
经典运放电路分析
从虚断，虚短分析基本运放电路运算放大器组成的电路五花八门，令人眼花瞭乱，是模拟电路中学习的重点。
在分析它的工作原理时倘没有抓住核心，往往令人头大。
为此本人特搜罗天下运放电路之应用，来个“庖丁解牛”，希望各位看完后有所斩获。
遍观所有模拟电子技朮的书籍和课程，在介绍运算放大器电路的时候，无非是先给电路来个定性，比如这是一个同向放大器，然后去推导它的输出与输入的关系，然后得出Vo=(1+Rf)Vi，那是一个反向放大器，然后得出Vo=-Rf*Vi……最后学生往往得出这样一个印象：记住公式就可以了！如果我们将电路稍稍变换一下，他们就找不着北了！今天，教各位战无不胜的两招，这两招在所有运放电路的教材里都写得明白，就是“虚短”和“虚断”，不过要把它运用得出神入化，就要有较深厚的功底了。
虚短和虚断的概念由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB以上。
而运放的输出电压是有限的，一般在 10 V～14 V。
因此运放的差模输入电压不足1 mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”。
开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。
“虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。
显然不能将两输入端真正短路。
由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。
因此流入运放输入端的电流往往不足1uA，远小于输入端外电路的电流。
故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。
“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。
显然不能将两输入端真正断路。
在分析运放电路工作原理时，首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、减法器，什么差动输入……暂时忘掉那些输入输出关系的公式……这些东东只会干扰你，让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数，这是设计者要考虑的事情。
运放典型应用电路
运放典型应用电路一、什么是运放运放，即运算放大器，是一种集成电路芯片，主要用于放大、滤波、求导等信号处理方面。
它的特点是输入阻抗高、输出阻抗低，增益高、带宽宽广，可以通过外接电路改变其工作方式。
二、基本运放电路1. 非反馈式基本运放电路非反馈式基本运放电路由一个差动输入级和一个单端输出级组成。
其中差动输入级由两个晶体管组成，用于将输入信号转换为差模信号；单端输出级由一个共射极晶体管组成，用于将差模信号转换为单端输出信号。
2. 反馈式基本运放电路反馈式基本运放电路在非反馈式基本运放电路的基础上加入了反馈网络。
反馈网络可以改变增益、频率响应等特性，使得运放可以适应不同的应用场合。
三、典型应用电路1. 反相比例放大器反相比例放大器是一种常见的运放应用电路。
它的原理是将输入信号经过一个负反馈网络后再输入到非反相输入端口上。
这样可以实现对输入信号进行负反馈放大，从而达到比例放大的效果。
2. 非反相比例放大器非反相比例放大器与反相比例放大器类似，只是将输入信号输入到非反相输入端口上。
这样可以实现对输入信号进行正反馈放大，从而达到比例放大的效果。
3. 仪表放大器仪表放大器是一种高精度、高稳定性的运放应用电路。
它通过差分输入、高增益、低噪声等设计特点，实现对小信号的高精度测量和处理。
4. 滤波器滤波器是一种常见的运放应用电路。
它通过选择不同的电容和电感组合，可以实现不同类型的滤波功能，如低通滤波、高通滤波、带通滤波等。
5. 稳压电源稳压电源是一种常见的运放应用电路。
它通过反馈网络控制输出电压，使得输出电压保持稳定不变。
稳压电源广泛应用于各种电子设备中。
6. 正弦波振荡器正弦波振荡器是一种常见的运放应用电路。
它通过选择合适的RC组合和反馈网络，可以实现正弦波振荡输出。
正弦波振荡器广泛应用于各种信号发生器中。
四、总结运放是一种功能强大的集成电路芯片，可以应用于放大、滤波、求导等信号处理方面。
不同的运放应用电路具有不同的特点和功能，可以满足各种不同的应用需求。
运放绝对值电路分析
电压绝对值电路，顾名思义就是输出电压是输入电压的绝对值。
在很多运放的datasheet上可以看见绝对值电路的身影，就拿大家熟悉的OP07为例其绝对值电路如图1所示图1.OP07电压绝对值电路图现在我们来分析分析图1电路的工作过程。
（1）输入为正电压时电路可以等效为两个单位增益反向放大器级联，达到“负负得正”的效果。
可以将电路图拆分，得到前一个反向放大器如图2所示。
图2.前级反向放大器图2为什么是一个反向放大器的电路呢？主要是多了两个二极管，让我们觉得与一般的反向放大有些不同了。
我们可以看看它的工作情况。
从仿真的结果可以看出，其中D1导通，D2截止。
这个比较好理解，电路从输入口流到运放的2端口，运放的输入电流很小（可忽略），所以电路一分为二，继续向前流，都遇到10K的电阻，也同样遇到了二极管，但是上面的是从二极管正端流入，下面的是负端流入，当然D1导通，D2截止啦！（我是这么理解的，不是很科学，但是比较容易懂）。
那么下面一个10k和D2的电路截止了，就可以忽略不计了，电路就可以当做一个方向放大器来理解了。
再加上后面一个方向放大，就“负负得正”了。
（2）输入电压为负时图3.负电压仿真当输入为-6.32V，输出为6.32V。
设输入为Vin,运放1的正相输入和反相输入端电压分别为V1+、V1-，运放2的正相输入和反相输入端电压分别为V2+、V2-，R1与R2间的节点电压为V o1，电路输出电压V out.由虚短可知V1+=V1-=0V，V2+=V2-，所以V2+-V1+=V2--V1-，即这两条之路的压差相等。
我们先不理会二极管D1与D2。
那么R1、R2支路与R5支路的压差相等，但是电阻为2:1，则电流为1:2.而这两条支路电路之和等于输入电流。
由这样的关系可以计算得：V2-=V2+=-2/3Vin,V o1=-1/3Vin,因此R2两端的压差为-1/3V in。
最后的输出为：V out=V2-+[(1/3Vin)/R2] *R3=-Vin。
十一种经典运放电路分析
十一种经典运放电路分析从虚断，虚短分析基本运放电路由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB以上。
而运放的输出电压是有限的，一般在10 V～14 V。
因此运放的差模输入电压不足1 mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”。
开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。
“虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。
显然不能将两输入端真正短路。
由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。
因此流入运放输入端的电流往往不足1uA，远小于输入端外电路的电流。
故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。
“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。
显然不能将两输入端真正断路。
在分析运放电路工作原理时，首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、减法器，什么差动输入……暂时忘掉那些输入输出关系的公式……这些东东只会干扰你，让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数，这是设计者要考虑的事情。
我们理解的就是理想放大器（其实在维修中和大多数设计过程中，把实际放大器当做理想放大器来分析也不会有问题）。
1）反向放大器：传输文件进行[薄膜开关] 打样图1图一运放的同向端接地=0V，反向端和同向端虚短，所以也是0V，反向输入端输入电阻很高，虚断，几乎没有电流注入和流出，那么R1和R2相当于是串联的，流过一个串联电路中的每一只组件的电流是相同的，即流过R1的电流和流过R2的电流是相同的。
流过R1的电流：I1 = (Vi - V-)/R1 ………a流过R2的电流：I2 = (V- - Vout)/R2 ……bV- = V+ = 0 ………………cI1 = I2 ……………………d求解上面的初中代数方程得Vout = (-R2/R1)*Vi这就是传说中的反向放大器的输入输出关系式了。
运放电路的分析方法
Ｕ Ｉ＝ － （Ｒ １／ Ｒ ２ ）Ｕ Ｒ＝ Ｕ Ｔ 显然，当 Ｕ Ｉ＞Ｕ Ｔ 时，Ｕ ｏ′＝ Ｕ ＯＨ，所以 Ｕ ｏ＝ － ＵＺ （Ｕ Ｚ 为稳压管的稳压值）；同理，Ｕ Ｉ ＜ Ｕ Ｔ 时， Ｕ ｏ＝ ＋ Ｕ Ｚ。图 ５ 是 Ｕ Ｒ＞ ０ 时 Ｕ ｏ 与 Ｕ Ｉ 的关系曲线。 综上所述，分析比较器的步骤是：首先求出
一、运放的特点
尽管集成运放的应用是多种多样的，但在 一般分析计算中，都将看成是理想运放。
１、线性区 当运放工作在线性区，其输入
信号与输出信号应满足 Ｕ ｏ ＝ Ａ ｏｄ （Ｕ Ｐ－ Ｕ Ｎ）由于 Ａｏｄ 非常大，为使其工作在线性区，必须引入负 反馈，以减小输入电压（Ｕ Ｐ－Ｕ Ｎ），保证输出电 压不超过线性范围。如运放的输出端与反向输
运放基本电路全解析！
运放基本电路全解析！我们经常看到很多非常经典的运算放大器应用图集，但是这些应用都建立在双电源的基础上，很多时候，电路的设计者必须用单电源供电，但是他们不知道该如何将双电源的电路转换成单电源电路。
在设计单电源电路时需要比双电源电路更加小心，设计者必须要完全理解这篇文章中所述的内容。
1．1 电源供电和单电源供电所有的运算放大器都有两个电源引脚，一般在资料中，它们的标识是VCC＋和VCC－，但是有些时候它们的标识是VCC＋和GND。
这是因为有些数据手册的作者企图将这种标识的差异作为单电源运放和双电源运放的区别。
但是，这并不是说他们就一定要那样使用――他们可能可以工作在其他的电压下。
在运放不是按默认电压供电的时候，需要参考运放的数据手册，特别是绝对最大供电电压和电压摆动说明。
绝大多数的模拟电路设计者都知道怎么在双电源电压的条件下使用运算放大器，比如图一左边的那个电路，一个双电源是由一个正电源和一个相等电压的负电源组成。
一般是正负15V，正负12V和正负5V也是经常使用的。
输入电压和输出电压都是参考地给出的，还包括正负电压的摆动幅度极限Vom以及最大输出摆幅。
单电源供电的电路(图一中右)运放的电源脚连接到正电源和地。
正电源引脚接到VCC＋，地或者VCC－引脚连接到GND。
将正电压分成一半后的电压作为虚地接到运放的输入引脚上，这时运放的输出电压也是该虚地电压，运放的输出电压以虚地为中心，摆幅在Vom 之内。
有一些新的运放有两个不同的最高输出电压和最低输出电压。
这种运放的数据手册中会特别分别指明Voh 和Vol 。
需要特别注意的是有不少的设计者会很随意的用虚地来参考输入电压和输出电压，但在大部分应用中，输入和输出是参考电源地的，所以设计者必须在输入和输出的地方加入隔直电容，用来隔离虚地和地之间的直流电压。
(参见1.3节)通常单电源供电的电压一般是5V，这时运放的输出电压摆幅会更低。
另外现在运放的供电电压也可以是3V 也或者会更低。
运算放大器电路分析
第五章 含运算放大器的电路的分析◆ 重点：1、运放的传输特性2、比例器、加法器、减法器、跟随器等运算电路3、含理想运放的运算电路的分析计算◆ 难点：1、熟练计算含理想运放的思路5.1 运放的电路模型5.1.1 运放的符号运放是具有高放大倍数的直接耦合放大电路组成的半导体多端实际元件。
而在本章中，所讲到“运放”，是指实际运放的电路模型——一种四端元件。
其符号为+u-_o+ _图5-1 运放的符号在新国标中，运放及理想运放的符号分别为图5-2 运放的新国标符号5.1.2 运放的简介一、同相与反相输入端运放符号中的“+”、“-”表示运放的同相输入端和反相输入端，即当输入电压加在同相输入端和公共端之间时，输出电压和输入电压两者的实际方向相对于公共端来说相同；反之，当输入电压加在反相输入端和公共端之间时，输出电压和输入电压两者的实际方向相对于公共端来说相反。
其意义并不是电压的参考方向。
二、公共端在运放中，公共端往往取定为接地端——电位为零，实际中，电子线路中的接地端常常取多条支路的汇合点、仪器的底座或机壳等，输入电压、输出电压都以之为参考点。
有时，电路中并不画出该接地端，但计算时要注意它始终存在。
5.1.3运放的输入输出关系一、运放输入输出关系曲线在运放的输入端分别同时加上输入电压+u和-u（即差动输入电压为du）时，则其输出电压u o为uouAuuAu=-=-+)(d图5-3 运放输入输出关系曲线实际上，运放是一种单向器件，即输出电压受输入电压的控制，而输入电压并不受输出电压的控制。
由其输入输出关系可以看出，运放的线性放大部分很窄，当输入电压很小时，运放的工作状态就已经进入了饱和区，输出值开始保持不变。
二、运放的模型au-u ou图5-4 运放的电路模型由运放的这一模型，我们可以通过将运放等效为一个含有受控源的电路，从而进行分析计算。
例：参见书中P140所示的反相比例器。
（学生自学）5.1.4有关的说明在电子技术中，运放可以用于1．信号的运算——如比例、加法、减法、积分、微分等2．信号的处理——如有源滤波、采样保持、电压比较等3．波形的产生——矩形波、锯齿波、三角波等4．信号的测量——主要用于测量信号的放大5.2 具理想运放的电路分析5.2.1 含理想运放的电路分析基础所谓“理想运放”，是指图中模型的电阻R in、R0为零，A为无穷大的情况。
含有运算放大器电路分析
（15.2）低运功算放耗大型器运的算电放路大组器成及其分类 随着便携式仪器应用范围的扩大，必须使用低电源电压供 电、低功率消耗的运算放大器。常用的运算放大器有TL022C、TL-060C等，其工作电压为±2～±18V，消耗电流 为50～250A。目前,有的产品功耗已达W级,例如 ,ICL7600的供电电源为1.5V，功耗为10mW，可采用单节 电池供电。 （6）高压大功率型运算放大器 普通的运算放大器若要提高输出电压或增大输出电流，集 成运放外部必须要加辅助电路。高压大电流集成运算放大器 外部不需附加任何电路，即可输出高电压和大电流。例如， D41集成运放的电源电压可达±150V，A791集成运放的输 出电流可达1A。
1 Rf
ua
1 Rf
uo
ui1 R1
ui2 R2
ui3 R3
根据虚短路性质 ua u u 0
所以有
ui1 ui2 ui3 uo
即
R1 R2 R3 Rf
uo =
Rf R1
ui1
Rf R2
ui2
Rf R3
ui3
由上式可知，输出信号的大小是输入信号的加权和，
因此,该电路实现了加权加法运算。式中的系数为对应
uo A(u u ) Aud
当同相输入端接地时，即
u 0 有
uo Au
当反相输入端接地时，
u 0 有
uo Au
1.5 理想运算放大器 在线性放大区分析运算放大器时，一般可将它看成一个
理想运算放大器，把运放电路做如下的理想化处理。 （1）放大倍数A→∞ 若输出电压uo为有限值，则当放大倍数A→∞时，必须满
1.2 运算放大器的电路组成及其分类
集成运算放大器的分类方法很多，按照运算放大器的参数 来分可分为如下7种类型。
运算放大器电路的误差分析+汇总.
1. 共模抑制比KCMR为有限值的情况集成运放的共模抑制比为有限值时，以下图为例讨论。
VP=ViVN=Vo共模输入电压为：差摸输入电压为：运算放大器的总输出电压为：vo=A VD v ID+A VC v IC闭环电压增益为：可以看出，AVD和KCMR越大，AVF越接近理想情况下的值，误差越小。
2.输入失调电压V IO一个理想的运放，当输入电压为0时，输出电压也应为0。
但实际上它的差分输入级很难做到完全对称。
通常在输入电压为0时，存在一定的输出电压。
解释一：在室温25℃及标准电源电压下，输入电压为0时，为使输出电压为0，在输入端加的补偿电压叫做失调电压。
解释二：输入电压为0时，输出电压Vo折合到输入端的电压的负值，即V IO=- V O|VI=0/A VO输入失调电压反映了电路的对称程度，其值一般为±1~10mV3.输入偏置电流I IBBJT集成运放的两个输入端是差分对管的基极，因此两个输入端总需要一定的输入电流I BN和I BP。
输入偏置电流是指集成运放输出电压为0时，两个输入端静态电流的平均值。
输入偏置电流的大小，在电路外接电阻确定之后，主要取决于运放差分输入级BJT的性能，当它的β值太小时，将引起偏置电流增加。
偏置电流越小，由于信号源内阻变化引起的输出电压变化也越小。
其值一般为10nA~1uA。
4.输入失调电流I IO在BJT集成电路运放中，当输出电压为0时，流入放大器两输入端的静态基极电流之差，即I IO=|I BP-I BN| 由于信号源内阻的存在，I IO会引起一个输入电压，破坏放大器的平衡，使放大器输出电压不为0。
它反映了输入级差分对管的不对称度，一般约为1nA~0.1uA。
5.输入失调电压VIO、输入失调电流IIO不为0时，运算电路的输出端将产生误差电压。
设实际的等效电路如下图大三角符号，小三角符号内为理想运放，根据VIO和IIO的定义画出。
为了分析方便，假设运放的开环增益AVO和输入电阻Ri均为无限大，外电路电阻R2=R1||Rf，利用戴维南定理和诺顿定理可得两输入端的等效电压和等效电阻，如下图所示则可得同相输入端电压反向输入端电压因AVO→∞，有V P≈V N，代入得Vo=(1+Rf/R1)[VIO+IIB(R1||Rf-R2)+ IIO(R1||Rf+R2)]当取R2=R1||Rf时，由输入偏置电流IIB引起的输入误差电压可以消除，上式可简化为V o=(1+R f/R1)(V IO+I IO R2)可见，1+Rf/R1 和R2越大，V IO和I IO引起的输出误差电压越大。
运放电路分析
运放电路分析 The document was finally revised on 2021从虚断，虚短分析基本运放电路运算放大器组成的电路五花八门，令人眼花了乱，是模拟电路中学习的重点。
在分析它的工作原理时倘没有抓住核心，往往令人头大。
为此本人特搜罗天下运放电路之应用，来个“庖丁解牛”，希望各位看完后有所斩获。
遍观所有模拟电子技术的书籍和课程，在介绍运算放大器电路的时候，无非是先给电路来个定性，比如这是一个同向放大器，然后去推导它的输出与输入的关系，然后得出Vo=(1+Rf)Vi，那是一个反向放大器，然后得出Vo=-Rf*Vi……最后学生往往得出这样一个印象：记住公式就可以了！如果我们将电路稍稍变换一下，他们就找不着北了！今天，教各位战无不胜的两招，这两招在所有运放电路的教材里都写得明白，就是“虚短”和“虚断”，不过要把它运用得出神入化，就要有较深厚的功底了。
虚短和虚断的概念由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB以上。
而运放的输出电压是有限的，一般在 10 V～14 V。
因此运放的差模输入电压不足1 mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”。
开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。
“虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。
显然不能将两输入端真正短路。
由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。
因此流入运放输入端的电流往往不足1uA，远小于输入端外电路的电流。
故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。
“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。
显然不能将两输入端真正断路。
在分析运放电路工作原理时，首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、减法器，什么差动输入……暂时忘掉那些输入输出关系的公式……这些东东只会干扰你，让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数，这是设计者要考虑的事情。
运放恒流源电路详解
运放恒流源电路详解一、引言运放恒流源电路是一种常见的电子电路，用于产生一个稳定的恒定电流源。
它广泛应用于各种电路设计中，例如电流源、电流比较器、电流控制器等。
本文将详细介绍运放恒流源电路的原理、设计和应用。
二、原理运放恒流源电路是利用运放的高开环增益和负反馈原理来实现稳定的恒定电流源。
这种电路通常由一个运放、一个电阻和一个负载组成，如下图所示：+--| R |--+| |Vref --- R1 R2 Vout| |+---+---+|FeedbackResistor•Vref为参考电压，用于确定输出电流的大小。
•R1和R2是电阻，用于确定反馈电压和输出电流之间的关系。
•Feedback Resistor是负载电阻，用于产生稳定的输出电流。
当输入电压Vref变化时，运放将调整输出电压Vout，使得负载电阻两端的电压保持不变。
这样，由恒流源电路输出的电流就能够保持恒定。
三、设计设计运放恒流源电路的关键是合理选择电阻值和参考电压。
以下是一个简单的设计步骤：1. 确定负载电流首先确定所需的输出电流。
根据应用要求和电路需求，确定输出电流的大小。
2. 选择参考电压根据所需的输出电流和参考电压之间的关系，选择合适的参考电压值。
3. 选择电阻选择合适的电阻值，使得负载电流和参考电压之间的关系满足要求。
4. 确定运放类型根据设计要求，选择合适的运放类型。
常用的运放类型有单电源运放和双电源运放，选择时需要考虑电源供电方式和输出要求等因素。
5. 确定运放参数根据所选运放的参数，确定运放的增益、输入电阻和输出电阻等特性。
四、应用运放恒流源电路广泛应用于各种电子电路设计中，下面是一些常见的应用场景：1. 电流源运放恒流源电路可以用作独立的电流源，提供稳定的电流输出。
2. 电流比较器将两个运放恒流源电路连接在一起，可以实现电流比较功能。
3. 电流控制器运放恒流源电路可以用于电流控制，将输出电流限制在一定范围内。
4. 自适应电源将运放恒流源电路与其他电源电路结合使用，可以实现自适应电源功能。
运放电路分析
5-21
§5.3 含理想运放的电路分析
负载电阻 RL与输出电 压u2 的关系为
R 2 // R L u2 = u1 R 1 + R 2 // R L ≠ R2 u1 R1 + R 2
加入电压跟随器后，
R2 u2 = u1 R1 + R 2
输出电压u2不受负载电阻的影响 即负载电阻的作用被“隔离”
5-22
5-5
§5.1 运算放大器的电路模型
3. 运算放大器的外特性
在直流和低频信号的条件下，运放输出电压uo 与差动输入电压ud的特性曲线 其传输特性可分三个区域： ①线性工作区：
ud<|ε|，uo＝Aud
②正向饱和区：
ud >ε，uo＝Usat
③反向饱和区：
ud <－ε，uo＝Usat
5-6
§5.1 运算放大器的电路模型
ui1 − u − u− − uo i1 = i f ⇒ = R1 Rf
u+
＋
Rf ⎛ Rf ⎞ − Rf ⎛ R f ⎞ R3 uo = ⎜1 + ui1 = ⎜1 + ui 2 − ui1 ⎟u − ⎟ R1 ⎠ R1 R1 ⎠ R2 + R3 R1 ⎝ ⎝
5-23
§5.3 含理想运放的电路分析
运算放大器可以完成比例、加减、积分与微分以及 乘除等运算，下面给出其中几种运算电路。
5-17
§5.3 含理想运放的电路分析
1. 加法运算
(a)根据“虚短”：
u− = u+ = 0
所以,电流为
ui1 , i1 = R1 ui 2 , i2 = R2 ui 3 , i3 = R3 uo if = − Rf
运放的内部电路原理
运放的内部电路原理
运放是一种重要的电子元件，它是一种高增益、高输入阻抗、低输出阻抗的放大器。
运放的内部电路原理是由多个晶体管、电容、电阻等元件组成的，其中最重要的是差分放大器和输出级。
差分放大器是运放内部电路的核心部分，它由两个晶体管组成，一个是PNP型晶体管，另一个是NPN型晶体管。
这两个晶体管的基极分别接在输入端的正负极上，而它们的发射极则通过电阻连接在一起，形成一个共射极放大器。
当输入信号加到差分放大器的输入端时，它会被分成两路，一路经过PNP晶体管，另一路经过NPN 晶体管，然后再通过电阻连接在一起。
由于PNP和NPN晶体管的特性不同，它们的输出信号也不同，这样就实现了对输入信号的放大和差分运算。
输出级是运放内部电路的另一个重要部分，它由一个PNP型晶体管和一个NPN型晶体管组成，它们的基极分别接在差分放大器的输出端和电源上，而它们的发射极则通过电阻连接在一起，形成一个共射极放大器。
当差分放大器输出信号加到输出级时，它会被放大并输出到负载上。
由于输出级的电流放大倍数很高，所以运放的输出阻抗很低，可以驱动各种负载。
除了差分放大器和输出级，运放的内部电路还包括偏置电路、反馈电路、保护电路等。
偏置电路用于提供稳定的工作电压，反馈电路
用于控制放大倍数和频率响应，保护电路用于保护运放不受过载和短路等损坏。
运放的内部电路原理是由多个晶体管、电容、电阻等元件组成的，其中最重要的是差分放大器和输出级。
它们的协同作用使得运放具有高增益、高输入阻抗、低输出阻抗等优良特性，成为电子工程中不可或缺的重要元件。
运放电路分析
运放电路分析运放电路简介运放电路（Operational Amplifier Circuit）是一种常见的电子电路，由运算放大器（Operational Amplifier）和其他组件组成。
运放电路具有很高的增益、低输出阻抗和很大的输入阻抗，可广泛应用于各种电子设备中。
本文将对运放电路的原理、特性以及一些常见应用进行详细分析。
一、运放电路的原理与特性1. 基本结构与工作原理运放电路的基本结构由输入端、输出端和电源供电端组成。
其中，输入端包括一个非反相输入端（+）和一个反相输入端（-），输出端连接一个相对于地的负载电阻，电源供电端为正负双电源。
运放器通过输入端接收信号，经过放大处理后输出到负载上。
运放电路的工作原理主要依靠基本的放大运算原理和反馈机制。
具体而言，运放器的输入端电压差会引起输出电压的变化，通过适当的反馈电路连接将输出电压进行调整，使输出电压与输入电压之间保持稳定的比例关系。
2. 主要特性（1）增益：运放电路的主要特点是具有很高的电压增益。
通常情况下，运放器的增益可达到几十至几百倍，甚至更高。
这种高增益使得运放器能够有效放大微弱的输入信号。
（2）输入/输出阻抗：运放电路的输入阻抗非常高，输入电流非常小，可以看做无穷大。
而输出阻抗则较低，通常在几十欧姆至几百欧姆之间，这使得运放器能够有效驱动负载。
（3）频率响应：运放电路的频率响应非常宽，通常在几赫兹至数百赫兹之间。
这使得运放电路能够处理较高频率的信号。
（4）运放器的输入/输出电压范围：运放器的输入和输出电压范围通常由电源电压决定，一般假设电源电压为正负15伏。
二、运放电路的常见应用1. 比较器比较器是一种广泛应用的运放电路，其主要作用是将输入信号与参考电平进行比较，并输出高或低电平。
在实际应用中，比较器常用于电压检测、开关控制、触发器等电路中。
2. 放大器运放器最常见的应用就是作为放大器使用。
运放电路可以起到放大信号的作用，将微弱信号放大为可以驱动负载的信号。
20种运放典型电路总结
20种运放典型电路总结运放（Operational Amplifier，简称OP-AMP）是一种非常重要的电子元件，用于放大和处理电信号。
它被广泛应用于各种电子设备和电路中。
在本文中，我们将总结并介绍20种常见的运放典型电路。
1. 基本放大电路：最简单的运放应用，用于放大输入信号，常用于音频放大器和传感器信号放大器中。
2. 反相放大电路：输入信号与输出信号相反，通过调整电阻比例可以实现不同的放大倍数。
3. 非反相放大电路：输入信号与输出信号相同，同样可以通过电阻比例调整放大倍数。
4. 比较器电路：用于比较两个输入信号的大小，输出高电平或低电平。
5. 总体反馈电路：将输出信号的一部分反馈到输入端，改变放大器的增益和频率响应特性。
6. 高通滤波器电路：通过运放和电容构成的电路，用于滤除低频信号，只保留高频信号。
7. 低通滤波器电路：与高通滤波器相反，滤除高频信号，只保留低频信号。
8. 带通滤波器电路：同时滤除高频和低频信号，只保留中间频率的信号。
9. 增量器电路：将输入信号与参考电平进行比较，输出相对差异。
10. 仪表放大器电路：用于放大微弱信号，常用于测量和精确控制设备中。
11. 斜坡发生器电路：通过电容和电阻的组合，产生具有特定斜率的信号。
12. 脉冲放大器电路：放大脉冲信号，常用于数模转换器和通信系统中。
13. 限幅器电路：限制输入信号的幅度范围，常用于保护电路。
14. 调幅解调器电路：将音频信号调制到载波中，在接收端解调还原原始信号。
15. 器件驱动电路：用于驱动各种器件（如LED、电机等）的运放电路。
16. 稳压电路：通过负反馈调整输出电压或电流，保持稳定。
17. 振荡器电路：产生特定频率的信号，常用于时钟电路和无线电设备。
18. 差动放大器电路：输入信号与共模信号进行放大和处理。
19. 加法器电路：将多个输入信号相加，得到一个输出信号。
20. 数模转换器电路：将模拟信号转换为数字信号，常用于数据采集和处理。
运放7大经典电路分析
运放7大经典电路分析1运放在有源滤波中的应用上图是典型的有源滤波电路（赛伦-凯电路，是巴特沃兹电路的一种）。
有源滤波的好处是可以让大于截止频率的信号更快速的衰减，而且滤波特性对电容、电阻的要求不高。
该电路的设计要点是：在满足合适的截止频率的条件下，尽可能将R233和R230的阻值选一致，C50和C201的容量大小选取一致（两级RC电路的电阻、电容值相等时，叫赛伦凯电路），这样就可以在满足滤波性能的情况下，将器件的种类归一化。
其中电阻R280是防止输入悬空，会导致运放输出异常。
滤波最常用的3种二阶有源低通滤波电路为：巴特沃兹，单调下降，曲线平坦最平滑；巴特沃兹低通滤波中用的最多的是赛伦凯乐电路，即仿真的该电路。
一个滤波器，要知道其截至频率是多少，或者能写出传递函数和频率响应也可以。
如果该滤波器还有放大功能，要知道该滤波器的增益是多少。
当两级RC电路的电阻、电容值相等时，叫赛伦凯电路，在二阶有源电路中引入一个负反馈，目的是使输出电压在高频率段迅速下降。
二阶有源低通滤波电路的通带放大倍数为 1+Rf/R1 ，与一阶低通滤波电路相同；截止频率为注明，m的单位为欧姆， N的单位为 u 所以计算得出截止频率为切比雪夫，迅速衰减，但通带中有纹波；贝塞尔（椭圆），相移与频率成正比，群延时基本是恒定。
2运放在电压比较器中的应用电压比较上图是典型信号转换电路，将输入的交流信号，通过比较器LM393，将其转化为同频率的方波信号（存在反相，让软件处理一下就可以），该电路在交流信号测频中广泛使用。
该电路实际上是过零比较器和深度放大电路的结合。
将输出进行（1+R292/R273）倍的放大，放大倍数越高，方波的上升边缘越陡峭。
该电路中还有一个关键器件的阻值要注意，那就是R275，R275决定了方波的上升速度。
3恒流源电路的设计如图所示，恒流原理分析过程如下：U5B（上图中下边的运放）为电压跟随器，故V1=V4;由运算放大器的虚短原理，对于运放U4A（上图中上边的运放）有：V3=V5；有以上等式组合运算得：当参考电压Vref固定为1.8V时，电阻R30为3.6,电流恒定输出0.5mA。
运放器的放大原理及叠加定理的验证 电路分析实验报告
实验一运放器的放大原理及叠加定理的验证一、实验目的1.初次试验，基本掌握workbench的基本操作；2.通过实验测定一运放器的放大倍数，并与用节点法算出来的理论值进行对比，验证节点法的正确性；3.用几个简单的电路，验证线性电阻叠加原理。
二、实验原理1.运放器原理：运放器的输入端，分别加载电压U+和U-，U+与U-的电势差十分小，约等于零，经过运放器后，输出电压为电势差的若干倍（可达到105~107倍）。
运放器模型图2.叠加定理：对于一个具有唯一解的线性电路，由几个独立电源共同作用所形成的各支路电流或电压，等于各个独立电源单独作用时在相应支路中形成的电流或电压的代数和。
三、实验过程1.运放器：（1）画电路图，测得结果如下图：图中：R1=R3=R4=1Ω,R2=5Ω 电压表读数为13.20v 。
（2）用节点法计算放大的倍数：该图4个节点如图所示，节点2、4的节点方程分别为：)(0)(334433211223=-+=--+U G U G G U G U G U G G 根据运放器特点（即虚短虚断），补充方程Us U U U ==142故解得==30U U Us R R R R R R R R 31424232-+v 20.13= 所以节点法可以用于计算运放器放大倍数的理论值。
2.叠加定理的验证（1）如下所示画出4个电路图图中Us1=6v ，Us2=12v ，Is=3A ，电阻全为2Ω电压表均测同一电阻的电压。
左上角图为Us1，Us2，Is 同时作用时的电压U0=-4v ，右上角，左下角，右下角电路分别是Is ，Us1，Us2作用下，同一电阻的电压分别为U1=2v ，U2=2v ，U3=-8v ，所以3210U U U U ++=，即线性电路的叠加定理得到验证。
四、实验体会由于首次使用workbench ，画电路图时，不太熟练，用了很长一段时间，才画出了这么几个简单的图。
通过这次实验，巩固了我对运放器和叠加定理的认识。
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从虚断，虚短分析基本运放电路遍观所有模拟电子技朮的书籍和课程，在介绍运算放大器电路的时候，无非是先给电路来个定性，比如这是一个同向放大器，然后去推导它的输出与输入的关系，然后得出Vo=(1+Rf)Vi ，那是一个反向放大器，然后得出Vo=-Rf*Vi今天，教各位战无不胜的两招，这两招在所有运放电路的教材里都写得明白，就是“虚短”和“虚断”，不过要把它运用得出神入化，就要有较深厚的功底了。
虚短和虚断的概念由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB 以上。
而运放的输出电压是有限的，一般在10 V～14 V。
因此运放的差模输入电压不足 1 mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”。
开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。
“虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。
显然不能将两输入端真正短路。
由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。
因此流入运放输入端的电流往往不足1uA，远小于输入端外电路的电流。
故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。
“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。
显然不能将两输入端真正断路。
在分析运放电路工作原理时，首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、减法器，什么差动输入暂时忘掉那些输入输出关系的公式这些东东只会干扰你，让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数，这是设计者要考虑的事情。
我们理解的就是理想放大器（其实在维修中和大多数设计过程中，把实际放大器当做理想放大器来分析也不会有问题）。
好了，让我们抓过两把“板斧”------ “虚短”和“虚断”，开始“庖丁解牛”了。
1）反向放大器：图 1图一运放的同向端接地=0V，反向端和同向端虚短，所以也是0V，反向输入端输入电阻很高，虚断，几乎没有电流注入和流出，那么R1和R2相当于是串联的，流过一个串联电路中的每一只组件的电流是相同的，即流过R1的电流和流过R2 的电流是相同的。
流过R1的电流：I1 = (Vi - V- )/R1 a流过R2的电流：I2 = (V- -V- = V+ = 0 Vout)/R2 bcI1 = I2 d求解上面的初中代数方程得Vout = (-R2/R1)*Vi这就是传说中的反向放大器的输入输出关系式了。
2）同向放大器：图 2图二中Vi 与V- 虚短，则Vi = V- a因为虚断，反向输入端没有电流输入输出，通过R1和R2 的电流相等，设此电流为I ，由欧姆定律得：I = Vout/(R1+R2) bVi 等于R2上的分压，即：Vi = I*R2 c由abc 式得Vout=Vi*(R1+R2)/R2 这就是传说中的同向放大器的公式了。
3）加法器1：图 3图三中，由虚短知：V- = V+ = 0 a由虚断及基尔霍夫定律知，通过R2与R1的电流之和等于通过R3的电流，故(V1 –V-)/R1 + (V2 –V-)/R2 = (V- –Vout)/R3 b代入a 式，b 式变为V1/R1 + V2/R2 = Vout/R3 如果取R1=R2=R，3 则上式变为-Vout=V1+V2，这就是传说中的加法器了。
4）加法器2：图 4请看图四。
因为虚断，运放同向端没有电流流过，则流过R1 和R2的电流相等，同理流过R4和R3的电流也相等。
故(V1 –V+)/R1 = (V+ - V2)/R2 a(Vout –V-)/R3 = V- /R4 b由虚短知：V+ = V- c 如果R1=R2，R3=R4，则由以上式子可以推导出V+ = (V1 + V2)/2 V- = Vout/2 故Vout = V1 + V2 也是一个加法器，呵呵！5）减法器图 5图五由虚断知，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 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由虚短知V+ = V- e所以Vout=V2-V1 这就是传说中的减法器了。
图 6图六电路中，由虚短知，反向输入端的电压与同向端相等，由虚断知，通过R1的电流与通过C1 的电流相等。
通过R1的电流i=V1/R1通过C1的电流i=C*dUc/dt=-C*dVout/dt所以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 至负电源电压按时间变化的直线。
图7图七中由虚断知，通过电容C1和电阻R2 的电流是相等的，由虚短知，运放同向端与反向端电压是相等的。
则：Vout = -i * R2 = -(R2*C1)dV1/dt这是一个微分电路。
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。
图8由虚短知Vx = V1 aVy = V2 b由虚断知，运放输入端没有电流流过，则R1、R2、R3可视为串联，通过每一个电阻的电流是相同的，电流I=(Vx- Vy)/R2 c则：Vo1-Vo2=I*(R1+R2+R3) = (Vx- Vy)(R1+R2+R3)/R2 d由虚断知，流过R6与流过R7 的电流相等, 若R6=R7，则Vw = Vo2/2 e 同理若R4=R5，则Vout –Vu = Vu –Vo1，故Vu = (Vout+Vo1)/2 f由虚短知，Vu = Vw g由efg 得Vout = Vo2 –Vo1 h由dh 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 –V x)的放大倍数。
这个电路就是传说中的差分放大电路了。
9）电流检测：图9分析一个大家接触得较多的电路。
很多控制器接受来自各种检测仪表的0~20mA或4~20mA电流，电路将此电流转换成电压后再送ADC转换成数字信号，图九就是这样一个典型电路。
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，运放输入端没有电流流过，则流过R3和R5 的电流相等，流过R2和R4 的电流相等。
故：(V2- Vy)/R3 = Vy/R5 a(V1-Vx)/R2 = (Vx-Vout)/R 4 b由虚短知：Vx = Vy c电流从0~20mA变化，则V1 = V2 + (0.4~2) d由cd 式代入b 式得(V2 + (0.4~2)-Vy)/R2 = (Vy- Vout)/R4 e如果R3=R2，R4=R5，则由e-a 得Vout = - (0.4~2)R4/R2 f图九中R4/R2=22k/10k=2.2 ，则f 式Vout = -(0.88~4.4)V ，即是说，将4~20mA电流转换成了-0.88 ~ -4.4V 电压，此电压可以送ADC去处理。
10）电压电流转换检测：图10电流可以转换成电压，电压也可以转换成电流。
图十就是这样一个电路。
上图的负反馈没有通过电阻直接反馈，而是串联了三极管Q1的发射结，大家可不要以为是一个比较器就是了。
只要是放大电路，虚短虚断的规律仍然是符合的！由虚断知，运放输入端没有电流流过，则(Vi –V1)/R2 = (V1 –V4)/R6 a同理(V3 –V2)/R5 =V2/R4 b由虚短知V1 = V2 c如果R2=R6，R4=R5，则由abc 式得V3-V4=Vi上式说明R7两端的电压和输入电压Vi 相等，则通过R7的电流I=Vi/R7 ，如果负载RL<<100KΩ，则通过Rl 和通过R7的电流基本相同。
11）传感器检测：图11来一个复杂的，呵呵！图十一是一个三线制PT100前置放大电路。
PT100 传感器引出三根材质、线径、长度完全相同的线，接法如图所示。
有2V 的电压加在由R14、R20、R15、Z1、PT100及其线电阻组成的桥电路上。
Z1、Z2、Z3、D11、D12、D83及各电容在电路中起滤波和保护作用，静态分析时可不予理会，Z1、Z2、Z3 可视为短路，D11、D12、D83及各电容可视为开路。
由电阻分压知，V3=2*R20/(R14+20)=200/1100=2/11 a由虚短知，U8B第6、7 脚电压和第 5 脚电压相等V4=V3 b由虚断知，U8A 第 2 脚没有电流流过，则流过R18 和R19 上的电流相等。
(V2-V4)/R19=(V5- V2)/R18 c由虚断知，U8A第3 脚没有电流流过，V1=V7 d 在桥电路中R15和Z1、PT100 及线电阻串联，PT100与线电阻串联分得的电压通过电阻R17加至U8A的第3 脚，V7=2*(Rx+2R0)/(R15+Rx+2R0) ..e由虚短知，U8A第3 脚和第 2 脚电压相等，V1=V2 f由abcdef 得，(V5-V7)/100=(V7-V3)/2.2 化简得V5=(102.2*V7-100V3)/2.2即V5=204.4(Rx+2R0)/(1000+Rx+2R0) –200/11 g上式输出电压V5 是Rx 的函数我们再看线电阻的影响。
Pt100 最下端线电阻上产生的电压降经过中间的线电阻、Z2、R22，加至U8C的第10 脚，由虚断知，V5=V8=V9=2*R0/(R15+Rx+2R0) a(V6- V10)/R25=V10/R26 b由虚短知，V10=V5 c由式abc 得V6=(102.2/2.2)V5=204.4R0/[2.2(1000+Rx+2R0)] h由式gh 组成的方程组知，如果测出V5、V6 的值，就可算出Rx 及R0，知道Rx，查pt100 分度表就知道温度的大小了。