运算放大器电路分析方法

1、运算放大器电路分析方法

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)。

2、同向乘法器(放大器)

①、根据虚断，可以知道流入运放输入端的电流近似为0，则有：



②、根据虚短可得：



其中如果R2=0，那么Vo = Va，即输入电压和输出电压相同，这就成了一个电压跟随器。

3、减法器

①、根据虚断，可以知道流入运放输入端的电流近似为0，则有：



②、根据虚短可得：



需要注意的是这个减法器的输入阻抗分别为R1+R2，f(R3,R4)，所以需要根据前端输出电路的最小输出负载(输出阻抗)来规定R1、R2、R3、R4的阻值，如果阻值选取的过小会导致运算出来的电压不精确。例如当运放正输入端的电阻网络开路。

此时Va’的电压为3.3*Rb/(Ra+Rb)，但是当将Va‘接入到减法器中去之后，由于R1和R2的存在，电阻Rb其实是和R1+R2的并联了，那么Rb电阻分压得到的电压会偏小，则有Va>Va‘，所以需要R1和R2需要选取足够大的电阻，保证并联之后对Va的值没有什么影响。对于运放负端也是一样的，R3和R4的阻值也要足够大保证对输出网络没有太大影响。

4、加法器1

根据虚短虚断原理有：



根据基尔霍夫电流定律可以知道，流入V-所在节点的电流和流出V-所在节点的电流是一样大的：



注意这个加法器同样有阻抗匹配问题。

5、加法器2

根据虚短虚断原理有：