从虚断与虚短入手剖析运放电路

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。

　　7）微分电路：

　　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7

　　8）差分放大电路

　　图8

　　由虚短知 Vx = V1 ……a

　　Vy = 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–Vx）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）/R4 ……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。

　　注：若将图九电流反接既得 Vout = +（0.88~4.4）V，

　　10）电压电流转换检测：
　　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！

　　图10

　　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