几种运算放大器(比较器)及经典电路的简单分析

常用运放电路及其各类比较器电路————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：彭发喜，制作同相放大电路：运算放大器的同相输入端加输入信号，反向输入端加来自输出的负反馈信号，则为同相放大器。

图是同相放大器电路图。

因为e1=e2，所以输入电流极小，输入阻抗极高。

如果运算放大器的输入偏置电流，则e1=e2放大倍数：原理图：反相比例运算放大电路图:1号图：2号图：反相输入放大电路如图1所示，信号电压通过电阻R1加至运放的反相输入端，输出电压vo通过反馈电阻Rf反馈到运放的反相输入端，构成电压并联负反馈放大电路。

R ¢为平衡电阻应满足R ¢= R1//Rf。

利用虚短和虚断的概念进行分析，vI=0，vN=0，iI=0，则即∴该电路实现反相比例运算。

反相放大电路有如下特点1．运放两个输入端电压相等并等于0，故没有共模输入信号，这样对运放的共模抑制比没有特殊要求。

2．vN= vP，而vP=0，反相端N没有真正接地，故称虚地点。

3．电路在深度负反馈条件下，电路的输入电阻为R1，输出电阻近似为零。

运算放大器减法电路原理：图为运放减法电路由e1输入的信号，放大倍数为R3/R1，并与输出端e0相位相反，所以由e2输入的信号，放大倍数为与输出端e0相位相，所以当R1=R2=R3=R4时e0=e2-e1加法运算放大器电路：加法运算放大器电路包含有反相加法电路和同相加法电路.同相加法电路:由LF155组成。

三个输入信号同时加到运放同相端，其输入输出电压关系式：反相加法电路：由运算放大器lm741组成。

（lm741中文资料）反相加法运算电路为若干个输入信号从集成运放的反相输入端引入，输出信号为它们反相按比例放大的代数和。

电压比较器：图4(a)由运算放大器组成的差分放大器电路，输入电压VA经分压器R2、R3分压后接在同相端，VB通过输入电阻R1接在反相端，RF为反馈电阻，若不考虑输入失调电压，则其输出电压Vout与VA、VB及4个电阻的关系式为：Vout=(1+RF/R1)·R3/(R2+R3)VA-(RF/R1)VB。

之公保含烟创作运算缩小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.在剖析它的任务原理时倘没有抓住中心，往往令人头年夜.为此自己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，在介绍运算缩小器电路的时候，无非是先给电路来个定性，比如这是一个同向缩小器，然后去推导它的输出与输入的关系，然后得出Vo=(1+Rf)Vi，那是一个反向缩小器，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！偶曾面试过至少100个以上的年夜专以上学历的电子专业应聘者，后果能将我给出的运算缩小器电路剖析得一点不错的没有超越10团体！其它专业结业的更是可想而知了.明天，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理解?理睬，就是“虚短”和“虚断”，不外要把它运用得入迷入化，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缩小倍数很年夜，一般通用型运算缩小器的开环电压缩小倍数都在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缺乏1 mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”.开环电压缩小倍数越年夜，两输入端的电位越接近相等.“虚短”是指在剖析运算缩小器处于线性状态时，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年夜，一般通用型运算缩小器的输入电阻都在1MΩ以上.因此流入运放输入端的电流往往缺乏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，且输入电阻越年夜，两输入端越接近开路.“虚断”是指在剖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. 在剖析运放电路任务原理时，首先请各位暂时忘掉什么同向缩小、反向缩小，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……这些东东只会搅扰你，让你更懵懂﹔也请各位暂时不要理睬输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数，这是设计者要思索的事情.我们了解的就是理想缩小器（其实在维修中和年夜少数设计进程中，把实际缩小器当做理想缩小器来剖析也不会有问题）.好了，让我们抓过两把“板斧”------“虚短”和“虚断”，开端“庖丁解牛”了.(原文件名:1.jpg)引用图片图一运放的同向端接地=0V，反向端和同向端虚短，所以也是0 V，反向输入端输入电阻很高，虚断，简直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-)/R1 ……a 流过R2的电流I2 = (V- - Vout)/R2 ……b V- = V+ = 0 ……c I1 = I2……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缩小器的输入输出关系式了.(原文件名:2.jpg)引用图片图二中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 = Vout/(R1+R2) ……b Vi等于R2上的分压，即：Vi = I*R2 ……c 由abc式得Vout=Vi*(R1+R2)/ R2 这就是传说中的同向缩小器的公式了.(原文件名:3.jpg)引用图片图三中，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(V 1 –V-)/R1 + (V2 –V-)/R2 = (Vout –V-)/R3 ……b 代入a式，b式酿成V1/R1 + V2/R2 = Vout/R3 如果取R1=R2= R3，则上式酿成Vout=V1+V2，这就是传说中的加法器了.(原文件名:4.jpg)引用图片请看图四.因为虚断，运放同向端没有电流流过，则流过R1和R 2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=R2，R3=R4，则由以上式子可以推导出V+ = (V1 + V2)/2 V- = Vout/2 故Vout = V1 + V2 也是一个加法器，呵呵！(原文件名:5.jpg)引用图片图五由虚断知，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 + V1)/2 ……d 由虚短知V+ = V- ……e 所以Vout=V2-V1 这就是传说中的减法器了.(原文件名:6.jpg)引用图片图六电路中，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=C*dUc/dt=-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红正比,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卦的直线.(原文件名:7.jpg)引用图片图七中由虚断知，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是一个突然参加的直流电压，则输出Vout对应一个方向与V1相反的脉冲.(原文件名:8.jpg)引用图片图八.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：Vo 1-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ef g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)的缩小倍数.这个电路就是传说中的差分缩小电路了.(原文件名:9.jpg)引用图片剖析一个年夜家接触得较多的电路.很多控制器承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上会发作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R 3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变卦，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Vo ut = -(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去处置.(原文件名:10.jpg)引用图片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.上图的负反应没有通过电阻直接反应，而是串联了三极管Q1的发射结，年夜家可不要以为是一个比拟器就是了.只要是缩小电路，虚短虚断的规律仍然是契合的！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的电流基内幕同.(原文件名:11.jpg)引用图片来一个复杂的，呵呵！图十一是一个三线制PT100前置缩小电路.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呵护作用，静态剖析时可不予理睬，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的函数我们再看线电阻的影响.Pt100最下端线电阻上发作的电压降经过中间的线电阻、Z2、R22，加至U8C 的第10脚，由虚断知，V5=V8=V9=2*R0/(R15+Rx+2R0) ……a (V6-V10)/R25=V10/R26 ……b 由虚短知，V10=V5 ……c 由式abc得V6=(102.2/2.2)V5=204.4R0/[2.2(1000+Rx+2R0)] ……h 由式gh组成的方程组知，如果测出V5、V6的值，就可算出Rx 及R0，知道Rx，查pt100分度表就知道温度的年夜小了.LM339集成块内部装有四个独立的电压比拟器，该电压比拟器的特点是：1）失调电压小，典型值为2mV；2）电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为±1V-±18V；3）比照较信号源的内阻限制较宽；4）共模范围很年夜，为0~（Ucc-1.5V）Vo；5）差动输入电压范围较年夜，年夜到可以等于电源电压；6）输出端电位可灵敏方便地选用.LM339集成块采用C-14型封装，图1为外型及管脚排列图.由于LM339使用灵敏，应用普遍，所以世界上各年夜IC生产厂、公司竟相推出自己的四比拟器，如IR2339、ANI339、SF339等，它们的参数根本一致，可互换使用.LM339相似于增益不成调的运算缩小器.每个比拟器有两个输入端和一个输出端.两个输入端一个称为同相输入端，用“+”暗示，另一个称为反相输入端，用“-”暗示.用作比拟两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比拟的信号电压.当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路.当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位.两个输入端电压分歧年夜于10mV 就能确保输出能从一种状态牢靠地转换到另一种状态，因此，把LM339用在弱信号检测等场所是比拟理想的.LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选3-15K）.选分歧阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值.因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压根本上取决于上拉电阻与负载的值.另外，各比拟器的输出端允许衔接在一起使用. 单限比拟器电路图2a给出了一个根本单限比拟器.输入信号Uin，即待比拟电压，它加到同相输入端，在反相输入端接一个参考电压（门限电平）Ur.当输入电压Uin>Ur时，输出为高电平UOH.图2b为其传输特性.图3为某仪器中过热检测呵护电路.它用单电源供电，1/4LM339的反相输入端加一个固定的参考电压，它的值取决于R1于R2.UR=R2/（R1+R2）*UCC.同相端的电压就等于热敏元件Rt的电压降.当机内温度为设定值以下时，“+”端电压年夜于“-”端电压，Uo为高电位.当温度上升为设定值以上时，“-”端电压年夜于“+”端，比拟器反转，Uo输出为零电位，使呵护电路举措，调节R1的值可以改动门限电压，既设定温度值的年夜小.迟滞比拟器迟滞比拟器又可了解为加正反应的单限比拟器.前面介绍的单限比拟器，如果输入信号Uin在门限值左近有微小的搅扰，则输出电压就会发作相应的颤动（起伏）.在电路中引入正反应可以克制这一缺点.图4a给出了一个迟滞比拟器，人们所熟悉的“史密特”电路即是有迟滞的比拟器.图4b为迟滞比拟器的传输特性.不难看出，当输出状态一旦转换后，只要在跳变电压值左近的搅扰不超越ΔU之值，输出电压的值就将是稳定的.但随之而来的是分辨率降低.因为对迟滞比拟器来说，它不能分辨分歧小于ΔU的两个输入电压值.迟滞比拟器加有正反应可以放慢比拟器的响应速度，这是它的一个优点.除此之外，由于迟滞比拟器加的正反应很强，远比电路中的寄生耦合强得多，故迟滞比拟器还可免除由于电路寄生耦合而发作的自激振荡.如果需要将一个跳变点固定在某一个参考电压值上，可在正反应电路中接入一个非线性元件，如晶体二极管，应用二极管的单向导电性，即可实现上述要求.图5为其原理图.图6为某电磁炉电路中电网过电压检测电路局部.电网电压正常时，1/4LM339的U4<2.8V，U5=2.8V，输出开路，过电压呵护电路不任务，作为正反应的射极跟随器BG1是导通的.当电网电压年夜于242V时，U4>2.8V，比拟器翻转，输出为0V，BG1截止，U5的电压就完全决议于R1与R2的分压值，为2.7V，促使U4更年夜于U5，这就使翻转后的状态极为稳定，避免了过压点左近由于电网电压很小的坚定而引起的不稳定的现象.由于制造了一定的回差（迟滞），在过电压呵护后，电网电压要降到242-5=237V时，U4<U3，电磁炉才又开端任务.这正是我们所期望的.双限比拟器（窗口比拟器）图7电路由两个LM339组成一个窗口比拟器.当被比拟的信号电压Uin位于门限电压之间时（UR1<Uin<UR2），输出为高电位（UO=UOH）.当Uin不在门限电位范围之间时，（Uin>UR2或Uin<UR1）输出为低电位（UO=UOL），窗口电压ΔU=UR2-UR1.它可用来判断输入信号电位是否位于指定门限电位之间.用LM339组成振荡器图8为有1/4LM339组成的音频方波振荡器的电路.改动C1可改动输出方波的频率.本电路中，当C1=0.1uF时.f=53Hz；当C1=0.01uF时，f=530Hz；当C1=0.001uF时，f=5300Hz.LM339还可以组成高压数字逻辑门电路，并可直接与TTL、CMOS电路接口.。

十一种经典运放电路分析从虚断，虚短分析基本运放电路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）。

1）反向放大器：传输文件进行[薄膜开关] 打样图1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-)/R1 ………a流过R2的电流：I2 = (V- - Vout)/R2 ……bV- = V+ = 0 ………………cI1 = I2 ……………………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。

运算放大器电路 比较器和正反馈比较器：开环结构如图1的电路所示，基本比较器电路是一个开环运算放大电路。

开环增益A 是运算放大器的一个重要特征，我们假定输出电压的两个极值为V 0V DD 和V EE ，输出电压可以表达为0(V A V V )+−=− (1.1)这里V 和V 分别代表同相端和反相端电压。

+−图1 基本同相比较器如图1中的电路，，。

当in V V +=ref V V −=0ref V =，对于的电压传输特性如图2所示。

0V in V图2 同相比较器的电压转换特性当，in V v >δ+0DD V V =；当，in V v <δ-0EE V V =。

v δ+和的值和开环增益v δ-A 的倒数成比例关系。

DDV v A =δ+ EE Vv A=δ+(1.2)运放线性区的范围为：，超出这个范围，运放工作在饱和区。

in v V v <<δ-δ+对于一个A 200000=、、10DD V V =10EE V V =−的实际运放，是一个非常小的电压。

因此，运放很容易就趋向饱和。

50v +−=δ+,-uV当，对于的电压传输特性如图3所示。

ref V 0>0V inV图3 参考电压不为零时的同相比较器的电压传输特性这里特性曲线向右移动，运放工作在线性段时的范围和以前一样，饱和电压还是ref V in V DD V 和。

EE V由于A 的值很大，电压范围[很小，假定开环增益为无限大，则不存在线性区。

图3的传输特性将变成图4所示，从图中我们能看到当电压在从一个饱和区域到另一个饱和区的跳变。

]v v δ-δ+，ref V图4 理想比较器如图5所示，比较器也可以采用反相输入的形式，输入电压接在同相端，参考电压接在反相端。

图5 反相比较器由于，相应的电压转换特性曲线如图6所示。

0(ref in V A V V =−)图6另外一种反相比较器的结构和它的电压转换特性如图7(所示。

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。

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，看完后有所收获。

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=(1+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。

电路中的运算放大器与比较器的原理与应用在电子领域中，运算放大器（Operational Amplifier，简称Op Amp）与比较器（Comparator）是两个非常重要的电子元件。

它们在电路设计与应用中起着至关重要的作用。

一、运算放大器的原理与应用运算放大器是一种具有差分放大功能的电子放大器。

它通常由多个晶体管以及与之相连的电阻、电容等元件组成。

运算放大器的输出信号是其输入信号的放大倍数。

1. 基本原理运算放大器的基本电路结构由一个差分放大器和一个输出级组成。

它有两个输入端，称为非反相输入端（+）和反相输入端（-），以及一个输出端。

其基本工作模式是将输入信号放大，并输出一个与输入信号有相关性的信号。

2. 应用领域运算放大器在电路设计中有广泛的应用，包括：（1）信号放大：将弱信号放大至适当的电平，以便进行后续处理；（2）滤波器设计：根据不同的频率要求，设计低通、高通、带通等类型的滤波器；（3）振荡器设计：用于产生高频信号的振荡器电路设计；（4）比例控制与调节：用于控制系统，在反馈环路中起到稳定系统的作用。

二、比较器的原理与应用比较器是一种电子元件，用于将两个输入进行比较，并输出一个相应的逻辑电平。

它通常由运算放大器、基准电压和一个阈值元件组成。

1. 基本原理比较器的基本原理是将两个输入信号进行比较，并输出一个高、低逻辑电平。

当一个输入信号高于另一个输入信号时，输出为高电平，反之输出为低电平。

2. 应用领域比较器在电子领域中应用广泛，包括：（1）开关控制：将比较器的输出连接到开关控制电路中，根据两个输入信号的大小关系来控制开关的开关与闭合；（2）模拟电压转数字信号：将模拟电压通过比较器进行比较，并将结果输出为数字信号，用于数字电路的处理；（3）电压检测与监测：将比较器连接到电压检测电路中，用于监测输入电压是否超过设定值。

总结起来，运算放大器和比较器是电子领域中非常常见的电子元件，它们在电路设计与应用中功不可没。

运算放大器的11中经典电路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。

运放电路工作原理的分析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-)/R1 ……a 流过R2的电流I2 = (V- - Vout)/R2 ……b V- = V+ =0 ……c I1 = I2 ……d 求解上面的初中代数方程得Vout = (-R2/R1)*Vi 这就是反向放大器的输入输出关系式。

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 = Vout/(R1+R2) ……b Vi等于R2上的分压，即：Vi = I*R2 ……c 由abc式得Vout=Vi*(R1+R2)/R2，即 Vout=Vi*(1+R1/R2）这就是同向放大器的公式了。

集成运算放大器比较器电路分析1.LM358比较器通过图3.13测试，可以看到当输入电压u i小于1V时，输出电压uo 约为5V左右；当输入电压在1-3V时，输出电压uo约为-5V。

即当U i<U R时，u o输出高电平；当u i>U r时，u o输出低电平。

将u i和U R互相调换位置，重复上述过程，记录输出电压u o，可观察到结果刚好相反。

在实验中为何会出向上述现象？分析一下其中的原因。

在图3.13(a)电路中，同相输入端接基准电位(或称参考电位)U R。

被比较信号由反相输入端输入。

集成运放LM358处于开环状态。

当u i>U R时，由于LM358 的电压放大倍数足够大，所以，输入端只要有微小的电压差，电压即饱和输出，在第一种情况下，输出电压为负饱和值为-U om；同理当u i<U R时，输出电压为正饱和值为+Uom。

其传输特性如图6.8 所示。

可见，只要输入电压在基准电压U R处稍有正负变化，输出电压u o就在负最大值到正最大值处变化。

通过上述分析可知，图3.13所示电路的功能是将一个输入电压与另一个输入电压或基准电压进行比较，判断它们之间的相对大小，比较结果由输出状态反映出来，该电路称为单限电压比较器，其特性如图3.14所示。

图3.14 单限电压比较器传输特性2.电压比较器LM393/LM339LM393是低功耗低失调电压两比较器，LM339是低功耗低失调电压四比较器。

两种比较器，原理图一样，功能参数一样。

(1) LM393/LM339工作原理LM339集成块采用C-14型封装，图3.15为外型及管脚排列图。

图3.15 比较器LM339LM339类似于增益不可调的运算放大器。

每个比较器有两个输入端和一个输出端。

两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。

用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。

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。

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，看完后有所收获。

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=(1+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。

集成运算放大器单限比较器电路图文分析1.LM358比较器通过图3.13测试，可以看到当输入电压u i小于1V时，输出电压uo 约为5V左右；当输入电压在1-3V时，输出电压uo约为-5V。

即当U i<U R时，u o输出高电平；当u i>U r时，u o输出低电平。

将u i和U R互相调换位置，重复上述过程，记录输出电压u o，可观察到结果刚好相反。

在实验中为何会出向上述现象？分析一下其中的原因。

在图3.13(a)电路中，同相输入端接基准电位(或称参考电位)U R。

被比较信号由反相输入端输入。

集成运放LM358处于开环状态。

当u i>U R时，由于LM358 的电压放大倍数足够大，所以，输入端只要有微小的电压差，电压即饱和输出，在第一种情况下，输出电压为负饱和值为-U om；同理当u i<U R时，输出电压为正饱和值为+Uom。

其传输特性如图6.8 所示。

可见，只要输入电压在基准电压U R处稍有正负变化，输出电压u o就在负最大值到正最大值处变化。

通过上述分析可知，图3.13所示电路的功能是将一个输入电压与另一个输入电压或基准电压进行比较，判断它们之间的相对大小，比较结果由输出状态反映出来，该电路称为单限电压比较器，其特性如图3.14所示。

图3.14 单限电压比较器传输特性2.电压比较器LM393/LM339LM393是低功耗低失调电压两比较器，LM339是低功耗低失调电压四比较器。

两种比较器，原理图一样，功能参数一样。

(1) LM393/LM339工作原理LM339集成块采用C-14型封装，图3.15为外型及管脚排列图。

图3.15 比较器LM339LM339类似于增益不可调的运算放大器。

每个比较器有两个输入端和一个输出端。

两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。

用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。