在結(jié)構(gòu)上一樣的電路,如何區(qū)分是反相放大器還是積分電路?

ID:344848 · 發(fā)表于 2024-4-28 01:46

提醒一下：文中的分析結(jié)論只適合運(yùn)算放大器在低頻或直流電路中的表現(xiàn)，傳輸射頻，超高頻信號(hào)類型不在討論范圍之內(nèi)。

這是一個(gè)很有意思的問題。如果電路中R、C的值不予標(biāo)注，則可能判斷為是同一種電路。如果能注意到元件取值的不同，其實(shí)是兩種類型的電路。
上圖所示，反饋電阻R2兩端并聯(lián)電容C2，對(duì)于反相放大器來說，有抑制輸出波形畸變、選通、相位補(bǔ)償、消噪、降低高頻放大倍數(shù)等作用，具體作用暫且不去深究。但對(duì)上圖中(a)、(b)電路來說，具備電路類型的判斷能力，無論是設(shè)計(jì)、還是維修都是必要的。特別是在缺少圖紙的狀況，對(duì)形成檢修思路，采用相應(yīng)檢測(cè)方法、提高故障判斷的準(zhǔn)確程度都有作用。
對(duì)于上圖(b)中的積分電路，設(shè)計(jì)需要采用的公式為：

其中Iin為輸入高電壓產(chǎn)生輸入電流；Vin為輸入方波電壓的幅度；T為輸入方波的脈寬；τ為輸入回路時(shí)間常數(shù)；AVOL為運(yùn)算放大器的開環(huán)增益。
實(shí)際的積分器，因?yàn)殡娙輰?duì)直流信號(hào)開路，所以在零頻時(shí)沒有負(fù)反饋。沒有負(fù)反饋，電路將輸入失調(diào)電壓作為有效的輸入電壓，使電容充電，并使輸出達(dá)到正向或負(fù)向飽和，結(jié)果是不確定的。
減少輸入失調(diào)電壓影響的方法是減少零頻時(shí)的電壓增益。可以加入一個(gè)與電容C2并聯(lián)的電阻R2，該電阻至少比輸入電阻大10倍，R2≥10R1。如果增加的電阻為10R1，閉環(huán)電壓增益為10，輸出失調(diào)電壓下降到可以容忍的范圍內(nèi)。當(dāng)輸入信號(hào)有效時(shí)，電阻R2對(duì)電容C2的充電沒有影響。
下面介紹一下經(jīng)驗(yàn)判斷法：
1）從R2、R1的取值比例范圍來看。盡管運(yùn)算放大器電壓放大倍數(shù)是近于無窮大，但實(shí)際電路應(yīng)用中，電壓放大倍數(shù)超過10倍的極為少見。因此R2接近R1者為反相放大器電路；R2若為R1的幾十倍，則為積分電路。
2）從R2兩端并聯(lián)的電容C2的容量來看。容量小者，起消噪、相位補(bǔ)償?shù)茸饔谩Q言之，電容量較�。▽�(duì)信號(hào)電流的影響力較小），即電阻發(fā)揮主導(dǎo)作用，電路結(jié)構(gòu)為反相放大器電路；電容量大者，信號(hào)電流“走電阻困難”，更容易經(jīng)過電容的充、放電形成通路，則電路結(jié)構(gòu)為積分電路。
3)結(jié)論顯而易見：R2、C2取小者，為反相放大器電路；R2、C2取值都偏大者，為積分電路。二者無論在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)工作中或故障中的表現(xiàn)，都會(huì)有較大的差異。
溫馨提示：以上符合運(yùn)算放大器在低頻或直流電路中的表現(xiàn)，傳輸射頻，超高頻信號(hào)類型不在討論范圍之內(nèi)。

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在結(jié)構(gòu)上一樣的電路，如何區(qū)分是反相放大器還是積分電路？.doc (44.5 KB, 下載次數(shù): 11)

ID:522428 · 發(fā)表于 2024-4-28 11:02

感謝大佬講得真好，一看見運(yùn)放的各種電路就懵逼。

ID:748364 · 發(fā)表于 2024-4-28 11:48

分析的很細(xì)，學(xué)習(xí)了。

ID:344848 · 發(fā)表于 2024-4-28 13:05

clemon08 發(fā)表于 2024-4-28 11:02
感謝大佬講得真好，一看見運(yùn)放的各種電路就懵逼。

研究表明，成為一個(gè)優(yōu)秀工程師的學(xué)習(xí)時(shí)間需要至少一萬小時(shí)；不提倡速成論。持續(xù)作一事，你會(huì)成功，N年后，你會(huì)發(fā)現(xiàn)運(yùn)放并不難。

ID:344848 · 發(fā)表于 2024-4-29 01:10

這對(duì)于設(shè)計(jì)變頻器等工業(yè)產(chǎn)品、家用電器中開關(guān)電源設(shè)計(jì)及維修疑難電路板，有較大的幫助。

ID:1109793 · 發(fā)表于 2024-4-29 07:23

運(yùn)放用的少，非常少，大部分都是抄來的電路。上學(xué)那會(huì)兒研究過，后來就都忘記了。

ID:344848 · 發(fā)表于 2024-5-1 17:54

xiaobendan001 發(fā)表于 2024-4-29 07:23
運(yùn)放用的少，非常少，大部分都是抄來的電路。上學(xué)那會(huì)兒研究過，后來就都忘記了。

工業(yè)設(shè)備的開關(guān)電源、儲(chǔ)能設(shè)備的控制是必須采用的。

ID:1100060 · 發(fā)表于 2024-5-3 09:06

對(duì)于我這個(gè) 只有求知欲，沒有上進(jìn)心的傢伙，還真的從中吸收到一點(diǎn)東西。
積分，進(jìn)方波的話，出的就是三角波，待機(jī)狀態(tài)時(shí)，輸入輸出都是地電位，電容是空的，
當(dāng)方波Uin懟進(jìn)反相端(R1)，Uout隨C2充電而增加，積分的關(guān)鍵，就是Uin須趕在運(yùn)放飽和前翻轉(zhuǎn)，否則，Uout就「削頂」變成枱錐(梯形)波了。

ID:344848 · 發(fā)表于 2024-5-3 10:32

LhUpBJT 發(fā)表于 2024-5-3 09:06
對(duì)于我這個(gè) 只有求知欲，沒有上進(jìn)心的傢伙，還真的從中吸收到一點(diǎn)東西。
積分，進(jìn)方波的話，出的就 ...

共同學(xué)習(xí)，共同進(jìn)步。

ID:1100060 · 發(fā)表于 2024-5-4 02:46

這些資料，絕對(duì)是實(shí)務(wù)指引，像我這樣的業(yè)余愛好者肯定不會(huì)曉得。
不過說到底，這些都只是業(yè)界規(guī)范，市場(chǎng)行為，學(xué)問卻是只認(rèn)死理，這死理，就是自然規(guī)律，
積分的關(guān)鍵，只在于 RC常數(shù)跟方波寬度的搭配，只要搭配合適，不論頻率高低增益大小都能成事，
如果運(yùn)放的開環(huán)增益是100000，我不隨主流，自己搞個(gè)閉環(huán)增益1000的反相器，補(bǔ)償電容還有99%的開環(huán)增益可供施展，電路照樣可以穩(wěn)的一批，
2.2μF，說小不小，說大也不大，你給個(gè) 1Hz 甚至更慢的方波，Uout出來的也近乎方波了，實(shí)際上，不光是方波，對(duì)正弦波同樣有保真范圍。

ID:1100060 · 發(fā)表于 2024-5-4 07:15

作為積分器，沒有R2的話，增益就最高，
那么，決定積分與反相的轉(zhuǎn)捩點(diǎn)的，是R1C2，同樣的時(shí)間常數(shù)，積分增益不一樣。

ID:1100060 · 發(fā)表于 2024-5-6 00:28

donglw 發(fā)表于 2024-5-3 10:32
共同學(xué)習(xí)，共同進(jìn)步。

有幸得悉這些實(shí)務(wù)指引，當(dāng)然是如獲至寶，侭管當(dāng)前的我還用不著，
想當(dāng)年，行外人絕不可能懂得這些，行家們?nèi)际乜谌缙恐M莫如深，絕不外傳，如今，大概已不再是商業(yè)機(jī)密了吧。

ID:344848 · 發(fā)表于 2024-5-7 02:24

LhUpBJT 發(fā)表于 2024-5-4 02:46
這些資料，絕對(duì)是實(shí)務(wù)指引，像我這樣的業(yè)余愛好者肯定不會(huì)曉得。
不過說到底，這些都只是業(yè)界規(guī)范， ...

課本只講理想狀態(tài)，精確設(shè)計(jì)至少要考慮三個(gè)參數(shù)：輸入偏置電流、輸入失調(diào)電流和輸入失調(diào)電壓；因此，線性放大器的放大倍數(shù)不能太大的原因。

ID:344848 · 發(fā)表于 2024-5-7 02:31

LhUpBJT 發(fā)表于 2024-5-4 07:15
作為積分器，沒有R2的話，增益就最高，
那么，決定積分與反相的轉(zhuǎn)捩點(diǎn)的，是R1C2，同樣的時(shí)間常數(shù)，積分 ...

沒有R2在零頻時(shí)沒有負(fù)反饋。因?yàn)闆]有負(fù)反饋，電路會(huì)將輸入失調(diào)電壓作為有效的輸入電壓，使電容充電，并使輸出達(dá)到正向或負(fù)向飽和，結(jié)果不確定。這是電路設(shè)計(jì)不允許的。
實(shí)際精確設(shè)計(jì)必須考慮輸入三因素之一。

ID:344848 · 發(fā)表于 2024-5-7 02:45

LhUpBJT 發(fā)表于 2024-5-6 00:28
有幸得悉這些實(shí)務(wù)指引，當(dāng)然是如獲至寶，侭管當(dāng)前的我還用不著，
想當(dāng)年，行外人絕不可能懂得這些，行家 ...

我提倡開源硬件，近期開源“手機(jī)快速充電器開關(guān)電源適配器”。打破西方的技術(shù)封鎖�？焖俪潆娛且罁�(jù)電池的電量，調(diào)整輸出電壓，20V、12V、9V、5V由高到低，電流由小變大。仿真整個(gè)過程。

ID:344848 · 發(fā)表于 2024-5-7 06:32

LhUpBJT 發(fā)表于 2024-5-6 00:28
有幸得悉這些實(shí)務(wù)指引，當(dāng)然是如獲至寶，侭管當(dāng)前的我還用不著，
想當(dāng)年，行外人絕不可能懂得這些，行家 ...

記得N年前，邀請(qǐng)參加一設(shè)備研討會(huì)，XX工程師號(hào)稱研發(fā)出日本某設(shè)備，而且價(jià)格便宜。結(jié)果發(fā)現(xiàn)他省略日本設(shè)備三分之一器件，可靠性可想而知了。積分電路和微分電路大多數(shù)用于控制領(lǐng)域，即PID控制電路，它要求很嚴(yán)。一個(gè)典型的案例是豐田腳踏門事件，由于控制電路出現(xiàn)瑕疵，導(dǎo)致質(zhì)量出現(xiàn)問題，美國議員要將豐田公司破產(chǎn)，總裁豐田賽男在聽證會(huì)上痛哭流涕，。。。。。。
國內(nèi)研發(fā)的單片機(jī)為何很少被其他汽車廠商采購，主要是抗干擾性能不如，是想開抗干擾性差的汽車在高速公路受到干擾的狀況。。。。不是杞人憂天，真實(shí)案例是，深圳一公司（某大佬XXX是從此公司辭職后，創(chuàng)建公司，現(xiàn)在大家都是用他公司即時(shí)通軟件）開發(fā)汽車防盜器，當(dāng)時(shí)市面的單片機(jī)不具備看門狗的功能，客戶使用此產(chǎn)品，在廣深高速受到干擾，造成。。。。。

ID:1100060 · 發(fā)表于 2024-5-7 13:44

donglw 發(fā)表于 2024-5-7 02:31
沒有R2在零頻時(shí)沒有負(fù)反饋。因?yàn)闆]有負(fù)反饋，電路會(huì)將輸入失調(diào)電壓作為有效的輸入電壓，使電容充電，并使 ...

明白過來了，這R2該加！
而且，即使沒有R1或輸入端不接地，R2仍能保證待機(jī)狀態(tài)時(shí)不會(huì)出亂子。
說到反相放大器，我留意到，原來在老早已前就有一種電路叫做十倍放大器的，十倍，似乎已成常規(guī)。

ID:344848 · 發(fā)表于 2024-5-7 14:34

引入負(fù)反饋電路是為了增加電路的穩(wěn)定性，提供設(shè)電路的抗干擾能力！即使在正反饋電路（振蕩器）也引入負(fù)反饋電路。只不過有主次之分而己。負(fù)反饋為主的電路也引入正反饋電路，詳見我在本壇的帖子《不能使用“虛斷、虛短分析方法壓控雙向電流源電路》。
積分電路多用于控制系統(tǒng)，最簡(jiǎn)單的是開關(guān)電源。積分電路要求考慮各種干擾的影響，否則電路不穩(wěn)定后果。。。。。。

ID:344848 · 發(fā)表于 2024-5-7 14:45

LhUpBJT 發(fā)表于 2024-5-7 13:44
明白過來了，這R2該加！
而且，即使沒有R1或輸入端不接地，R2仍能保證待機(jī)狀態(tài)時(shí)不會(huì)出亂子。
說到 ...

為何提到這個(gè)問題，是因?yàn)闊o論是設(shè)計(jì)還是維修搞不懂它們的區(qū)別，設(shè)計(jì)出來的電路板不穩(wěn)定，維修不知如何下手。不知何故，國內(nèi)電器產(chǎn)品不提供電路原理圖，可以測(cè)量電阻、功率管等，面對(duì)電容一頭霧水，有的維修把所有電容拆下來也沒有修好，主要是搞不懂他們的區(qū)別。

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