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標簽 > 運放電路
運放電路能對信號進行數學運算的放大電路。它曾是模擬計算機的基礎部件，因而得名。采用集成電路工藝制做的運算放大器，除保持了原有的很高的增益和輸入阻抗的特點之外，還具有精巧、廉價和可靈活使用等優點，因而在有源濾波器、開關電容電路、數-模和模-數轉換器、直流信號放大、波形的產生和變換，以及信號處理等方面得到十分廣泛的應用。
運放電路能對信號進行數學運算的放大電路。它曾是模擬計算機的基礎部件，因而得名。采用集成電路工藝制做的運算放大器，除保持了原有的很高的增益和輸入阻抗的特點之外，還具有精巧、廉價和可靈活使用等優點，因而在有源濾波器、開關電容電路、數-模和模-數轉換器、直流信號放大、波形的產生和變換，以及信號處理等方面得到十分廣泛的應用。
直流放大電路在工業技術領域中，特別是在一些測量儀器和自動化控制系統中應用非常廣泛。如在一些自動控制系統中，首先要把被控制的非電量（如溫度、轉速、壓力、流量、照度等）用傳感器轉換為電信號，再與給定量比較，得到一個微弱的偏差信號。因為這個微弱的偏差信號的幅度和功率均不足以推動顯示或者執行機構，所以需要把這個偏差信號放大到需要的程度，再去推動執行機構或送到儀表中去顯示，從而達到自動控制和測量的目的。因為被放大的信號多數是變化比較緩慢的直流信號，分析交流信號放大的放大器由于存在電容器這樣的元件，不能有效地耦合這樣的信號，所以也就不能實現對這樣信號的放大。能夠有效地放大緩慢變化的直流信號的最常用的器件是運算放大器。運算放大器最早被發明作為模擬信號的運算（實現加減乘除比例微分積分等）單元，是模擬電子計算機的基本組成部件，由真空電子管組成。所用的運算放大器，是把多個晶體管組成的直接耦合的具有高放大倍數的電路，集成在一塊微小的硅片上。
運放電路能對信號進行數學運算的放大電路。它曾是模擬計算機的基礎部件，因而得名。采用集成電路工藝制做的運算放大器，除保持了原有的很高的增益和輸入阻抗的特點之外，還具有精巧、廉價和可靈活使用等優點，因而在有源濾波器、開關電容電路、數-模和模-數轉換器、直流信號放大、波形的產生和變換，以及信號處理等方面得到十分廣泛的應用。
直流放大電路在工業技術領域中，特別是在一些測量儀器和自動化控制系統中應用非常廣泛。如在一些自動控制系統中，首先要把被控制的非電量（如溫度、轉速、壓力、流量、照度等）用傳感器轉換為電信號，再與給定量比較，得到一個微弱的偏差信號。因為這個微弱的偏差信號的幅度和功率均不足以推動顯示或者執行機構，所以需要把這個偏差信號放大到需要的程度，再去推動執行機構或送到儀表中去顯示，從而達到自動控制和測量的目的。因為被放大的信號多數是變化比較緩慢的直流信號，分析交流信號放大的放大器由于存在電容器這樣的元件，不能有效地耦合這樣的信號，所以也就不能實現對這樣信號的放大。能夠有效地放大緩慢變化的直流信號的最常用的器件是運算放大器。運算放大器最早被發明作為模擬信號的運算（實現加減乘除比例微分積分等）單元，是模擬電子計算機的基本組成部件，由真空電子管組成。所用的運算放大器，是把多個晶體管組成的直接耦合的具有高放大倍數的電路，集成在一塊微小的硅片上。
運算放大器基本電路及原理
圖六電路中，由虛短知，反向輸入端的電壓與同向端相等，由虛斷知，通過R1的電流與通過C1的電流相等。通過R1的電流i=V1/R1 通過C1的電流i=C*dUc/dt=-C*dVout/dt 所以Vout=（（-1/（R1*C1））∫V1dt 輸出電壓與輸入電壓對時間的積分成正比，這就是傳說中的積分電路了。若V1為恒定電壓U，則上式變換為Vout = -U*t/（R1*C1） t 是時間，則Vout 輸出電壓是一條從0至負電源電壓按時間變化的直線。
圖七中由虛斷知，通過電容C1和電阻R2的電流是相等的，由虛短知，運放同向端與反向端電壓是相等的。則： Vout = -i * R2 = -（R2*C1）dV1/dt 這是一個微分電路。如果V1是一個突然加入的直流電壓，則輸出Vout 對應一個方向與V1相反的脈沖。
圖八。由虛短知Vx = V1 ……a Vy = V2 ……b 由虛斷知，運放輸入端沒有電流流過，則R1、R2、R3可視為串聯，通過每一個電阻的電流是相同的， 電流I=（Vx-Vy）/R2 ……c 則：
Vo1-Vo2=I*（R1+R2+R3） = （Vx-Vy）（R1+R2+R3）/R2 ……d 由虛斷知，流過R6與流過R7的電流相等，若R6=R7， 則Vw = Vo2/2 ……e 同理若R4=R5，則Vout – Vu = Vu – Vo1，故
Vu = （Vout+Vo1）/2 ……f 由虛短知，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，此值確定了差值（Vy–Vx）的放大倍數。這個電路就是傳說中的差分放大電路了。
分析一個大家接觸得較多的電路。很多控制器接受來自各種檢測儀表的0~20mA 或4~20mA 電流，電路將此電流轉換成電壓后再送ADC 轉換成數字信號，圖九就是這樣一個典型電路。如圖4~20mA 電流流過采樣100Ω電阻R1，在R1上會產生0.4~2V 的電壓差。由虛斷知，運放輸入端沒有電流流過，則流過R3和R5的電流相等，流過R2和R4的電流相等。
故： （V2-Vy）/R3= Vy/R5 ……a （V1-Vx）/R2 = （Vx-Vout）/R4 ……b 由虛短知： Vx = Vy ……c 電流從0~20mA變化， 則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，則由e-a 得Vout = -（0.4~2）R4/R2 ……f 圖九中R4/R2=22k/10k=2.2，則f 式Vout = -（0.88~4.4）V，即是說，將4~20mA 電流轉換成了-0.88~ -4.4V 電壓，此電壓可以送ADC 去處理。
電流可以轉換成電壓，電壓也可以轉換成電流。圖十就是這樣一個電路。上圖的負反饋沒有通過電阻直接反饋，而是串聯了三極管Q1的發射結，大家可不要以為是一個比較器就是了。只要是放大電路，虛短虛斷的規律仍然是符合的！由虛斷知，運放輸入端沒有電流流過，
則（Vi – V1）/R2 = （V1 – V4）/R6 ……a
同理（V3 – V2）/R5 = V2/R4……b
由虛短知V1 = V2……c
如果R2=R6，R4=R5，則由abc 式得V3-V4=Vi
上式說明R7兩端的電壓和輸入電壓Vi 相等，則通過R7的電流I=Vi/R7，如果負載
RL《《100KΩ，則通過Rl 和通過R7的電流基本相同。
來一個復雜的，呵呵！圖十一是一個三線制PT100前置放大電路。PT100傳感器引出三根材質、線徑、長度完全相同的線，接法如圖所示。有2V 的電壓加在由R14、R20、R15、Z1、PT100及其線電阻組成的橋電路上。Z1、Z2、Z3、D11、D12、D83及各電容在電路中起濾波和保護作用，靜態分析時可不予理會，Z1、Z2、Z3可視為短路，D11、D12、D83及各電容可視為開路。
由電阻分壓知， V3=2*R20/（R14+20）=200/1100=2/11 ……a 由虛短知，U8B 第6、7腳電壓和第5腳電壓相等V4=V3 ……b 由虛斷知，U8A 第2腳沒有電流流過，則流過R18和R19上的電流相等。
（V2-V4）/R19=（V5-V2）/R18 ……c 由虛斷知，U8A 第3腳沒有電流流過，V1=V7 ……d 在橋電路中R15和Z1、PT100及線電阻串聯，PT100與線電阻串聯分得的電壓通過電阻R17加至U8A 的第3腳，
V7=2*（Rx+2R0）/（R15+Rx+2R0） …。.e 由虛短知，U8A 第3腳和第2腳電壓相等，
V1=V2 ……f 由abcdef 得， （V5-V7）/100=（V7-V3）/2.2 化簡得
V5=（102.2*V7-100V3）/2.2 即V5=204.4（Rx+2R0）/（1000+Rx+2R0） – 200/11 ……g 上式輸出電壓V5是Rx 的函數
我們再看線電阻的影響。Pt100最下端線電阻上產生的電壓降經過中
間的線電阻、Z2、R22，加至U8C 的第10腳，由虛斷知， V5=V8=V9=2*R0/（R15+Rx+2R0） ……a
（V6-V10）/R25=V10/R26 ……b 由虛短知， V10=V5 ……c 由式abc 得V6=（102.2/2.2）V5=204.4R0/［2.2（1000+Rx+2R0）］ ……h 由式gh 組成的方程組知，如果測
出V5、V6的值，就可算出Rx 及R0，知道Rx，查pt100分度表就知道溫度的大小了。
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