“虚短”“虚断”两板斧搞定运算放大器.docx

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”，希望各位从事电路板维修的同行，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=(l+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！偶曾经面试过至少100个以上的大专以上学历的电子专业应聘者，结果能将我 给出的运算放大器电路分析得一点不错的没有超过10个人！其它专业毕业的更是可想而知了今天，芯片级维修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1MQ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”了以下是对《“虚短”“虚断”两板斧，搞定运算放大器！》的回复：共有57人回复分页：1 2也芯片级维修：引用 加为好友 发送留言 2006-10-19 21:06:00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-)/Rl……a流过R2的电流12 = (V- — Vout)/R2……bV- = V+ = 0 ……cIl 二 12 ……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二Vout/(Rl+R2)……bVi等于R2上的分压，即：Vi = I*R2 ……c由 abc 式得 Vout二Vi*(R1+R2)/R2这就是传说中的同向放大器的公式了2芯片级维修： 引用 加为好友 发送留言 2006-10-19 21:09:00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 = (Vout - V-)/R3 ……b代入 a 式，b 式变为 V1/R1 + V2/R2 = Vout/R3如果取R1=R2=R3，则上式变为Vout=V1+V2，这就是传说中的加法器了。

L芯片级维修请看图四因为虚断，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R1二R2, R3二R4,则由以上式子可以推导出V+ = (V1 + V2)/2V- = Vout/2故 Vout 二 V1 + V2也是一个加法器，呵呵!L芯片级维修图五由虚断知，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 + Vl)/2 ……d由虚短知V+ = V- e所以 Vou t=V2-Vl这就是传说中的减法器了2芯片级维修： 引用 加为好友 发送留言 2006-10-19 21:15:00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二C*dUc/dt二-C*dVout/dt所以 Vou t=((-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2芯片级维修： 引用 加为好友 发送留言 2006-10-19 21:16:00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贝U：Vout 二-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相反的脉冲区芯片级维修： 引用 加为好友 发送留言 2006-10-19 21:18:0010：out10：OP-OR2100Vo2 R6 10kOP-07 riOP-07图八.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Rl、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)(Rl+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 - Vol，故 Vu = (Vout+Vo1)/2 ……f由虚短知，Vu = Vw g由 efg 得 Vout = Vo2 - Vol 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 - Vx)的放大倍数。

区芯片级维修这个电路就是传说中的差分放大电路了引用 加为好友 发送留言 2006-10-19 21:20:001-VI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100Q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)/R4 ……b由虚短知：Vx = Vy c电流从0~20mA变化，则VI = 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。

L芯片级维修： 引用 加为好友 发送留言 2006-10-19 21:21:00R2ClC.lICOkO .l°c0P1+470QDLIX414SQi'2X2219R5100K 1%R4100K 1%R6100K 1%U42芯片级维修： 引用 加为好友 发送留言 2006-10-19 21:22:00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，贝U (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〈〈100KQ，则通过Rl和通过R7的电流基本相同2芯片级维修： 引用 加为好友 发送留言 2006-10-19 21:23:00来一个复杂的，呵呵！图^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/ll ……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。