嵌入式硬件电路模拟电路:虚轴、短轴、虚轴和断两板斧头

小夏 科技 更新 2024-02-01

短和不连续性的概念

由于运算放大器的电压放大幅度较大,通用运算放大器的开环电压放大一般在80dB以上。 运算放大器的输出电压受到限制,通常为10 V至14 V。 因此,运算放大器的差模输入电压小于1 mV,并且两个输入近似等电位,相当于“短路”。 开环电压放大越大,两个输入的电位就越接近相等。

“假想短路”是指当分析运算放大器处于线性状态时,两个输入可以被视为等电位,这种特性称为假短路或虚拟短路。 因此,很明显,两个输入不能真正短路。

由于运算放大器的差模输入电阻较大,通用运算放大器的输入电阻一般在1m以上。 因此,流入运算放大器输入端的电流通常小于1UA,远小于输入端外部电路中的电流。 因此,运算放大器的两个输入通常可以看作是开路,输入电阻越大,两个输入越接近开路。

“假断路”是指在分析运算放大器电路的工作原理时,请忘记什么共放大、反向放大、什么加法器、减法器、什么差分输入......一会儿忽略这些输入-输出关系的公式以获得......时刻这些概念只会干扰你,让人们更加困惑,忽略输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数,这是设计人员需要考虑的事情。 我们所理解的是理想的放大器(在大多数设计过程中,将实际放大器作为理想放大器来分析不是问题)。

假想短和不连续性的应用

接下来,我将开始使用两个“板轴”——“虚拟短路”和“虚拟突破”,我将开始喋喋不休。

图1运算放大器同向端接地=0V,反向端和同向端都短路,所以也是0V,反向输入端输入电阻很高,虚拟的,几乎没有电流注入和流出,那么R1和R2相当于串联,流过串联电路中每个元件的电流是一样的, 也就是说,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

流经R2的电流。

i2 = (v- -vout)/r2 ……b

v- = v+ = 0 ……c

i1 = i2 ……d

求解上面的初级代数方程。

vout = (-r2/r1)*vi

这就是传说中的反向放大器的输入输出关系。

在图 2 中,vi 和 v- 很短,则

vi = v- …a

由于假断,反向输入端没有电流输入和输出,通过R1和R2的电流相等,设这个电流为i,由欧姆定律求得:

i = vout/(r1+r2) …b

vi 等于 r2 上的分压,即

vi = i*r2 ……c

由ABC获得。

vout=vi*(r1+r2)/r2

这就是传奇的同向放大器的公式。

在图 3 中,从假想的短度中可以知道:

v- = v+ = 0 ……a

因此,根据假想断路和基尔霍夫定律,通过 R2 和 R1 的电流之和等于通过 R3 的电流。

v1 – v-)/r1 + v2 – v-)/r2 = (vout – v-)/r3 ……b

代入 A 公式,B 成为。

v1/r1 + v2/r2 = vout/r3

如果我们取 r1=r2=r3,那么上面的等式就变成了。

vout=v1+v2

这就是传说中的反向加法器。

如果由于假分断而没有电流流向运算放大器的同一方向,则流过R1和R2的电流相等,流过R4和R3的电流也相等。 因此

v1 – v+)/r1 = (v+ -v2)/r2 ……a

vout – v-)/r3 = v-/r4 ……b

从假想的短度:v+ = v- ....c

如果 r1=r2 和 r3=r4,那么可以从上面的等式中推导出来。

v+ = (v1 + v2)/2 v- = vout/2

所以 vout = v1 + v2 也是一个加法器。

图5显示,通过R1的电流等于通过R2的电流,通过R4的电流等于通过R3的电流。

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

从假想的短度:v+ = v- ....e

所以 vout=v2-v1 是传说中的减法器。

在图6所示电路中,反向输入端的电压等于同向端,通过R1的电流等于从假想短路通过C1的电流。 流经R1的电流。

i=v1/r1

通过 C1 的电流。

i=c*duc/dt=-c*dvout/dt

所以 vout=((-1 (r1*c1)) v1dt

输出电压与输入电压与时间的积分成正比,这就是传说中的积分电路。 如果 v1 是恒定电压 u,则上述等式变换为。

vout = -u*t/(r1*c1)

t 是时间,则 VOUT 输出电压是随时间变化从 0 到负电源电压的直线。

在图7中,通过电容C1和电阻R2的电流与假想短路相等,运算放大器相同端和反端的电压与假想短路相等。 然后:

vout = -i * r2 = -(r2*c1)dv1/dt

这是一个差分电路。 如果 v1 是突然添加的直流电压,则输出 vout 对应于与 v1 方向相反的脉冲。

图8. 从近视中可以看出

vx = v1 ……a

vy = v2 ……b

如果没有电流流过运算放大器输入端,则R1、R2、R3可以看作是串联,流过各电阻的电流相同。

i=(vx-vy)/r2 ……c

然后:vo1-vo2=i*(r1+r2+r3) = (vx-vy)(r1+r2+r3) r2 ......d

根据假想断言,流过 R6 的电流等于流过 R7 的电流,如果 R6=R7,则。

vw = vo2/2 ……e

同理,如果 r4=r5,那么。

Vout Vu = Vu VO1,所以。

vu = (vout+vo1)/2 ……f

从假想的短度来看,vu = vw ......g

由EFG获得

vout = vo2 – vo1 ……h

从 dh vout = (vy vx)(r1+r2+r3) r2

在上面的等式中,(r1+r2+r3) r2 是固定值,它决定了差值 (vy vx) 的放大倍数。 该电路就是传说中的差分放大电路。

接下来,分析一个有很多接触的电路。 许多控制器接受来自各种检测仪器的0 20 mA或4 20 mA电流,电路将该电流转换为电压,然后发送到ADC将其转换为数字信号,图9为典型电路。 如图4所示,20mA电流流过采样100电阻R1,R1上将产生04 2V电压差。 如果没有电流流过运算放大器输入端,则流过R3和R5的电流相等,流过R2和R4的电流相等。 因此

v2-vy)/r3 = vy/r5 ……a

v1-vx)/r2 = (vx-vout)/r4 ……b

从短期来看:vx = vy ......c

电流从 0 到 20 mA 不等。

v1 = v2 + 0.4~2) …d

它是通过将 CD 公式代入 B 型而获得的。

v2 + 0.4~2)-vy)/r2 = (vy-vout)/r4 ……e

如果 r3 = r2 且 r4 = r5,则由 e-a 获得。

vout = -(0.4~2)r4/r2 ……f

图 9. r4/r2=22k/10k=2.2,则 f 公式 vout = -(0..)88~4.4) v,即将 4 20mA 转换为 -088 ~ 4.4V电压,该电压可送至ADC进行处理。 图9用于科学仪器和温度变送器,其他微电流到电压信号更为常见。

电流可以转换为电压,电压也可以转换为电流。 图10就是这样一种电路。 上图中的负反馈不是通过电阻直接反馈回来的,而是与晶体管Q1的发射结串联的,所以不要以为是比较器。 只要是放大电路,短路和短路断开的规律还是符合的!

根据假设的判断,没有电流流过运算放大器的输入端。

vi – v1)/r2 = (v1 – v4)/r6 ……a

与 (v3 v2) 相同,r5 = v2 r4 ......b

从近视中可以看出v1 = v2 ……c

如果 r2=r6 且 r4=r5,则 v3-v4=vi 由 abc 获得

上式表明,R7两端的电压与输入电压VI相等,则通过R7的电流i=VI R7,如果负载Rl<<100K,则通过Rl和通过R7的电流基本相同。

来到一个综合体。

图11所示为三线PT100前置放大电路。 如图所示,PT100传感器通向三根相同材料、线径和长度的电线。 对由 R14、R20、R15、Z1、PT100 及其线路电阻组成的桥式电路施加 2V 电压。 Z1、Z2、Z3、D11、D12、D83和每个电容器在电路中起到滤波和保护作用,在静态分析时可以忽略不计,Z1、Z2、Z3可以看作是短路,D11、D12、D83和每个电容器可以看作是一个开路。 从电阻的分压来看,v3 = 2 * r20 (r14 + 20) = 200 1100 = 2 11 ......a

从假想短路来看,u8b 引脚的电压和引脚 5 的电压相等。

v4=v3 ……b

如果没有电流流过U8A的第二个引脚,则流过R18和R19的电流相等。

v2-v4)/r19=(v5-v2)/r18 ……c

从假想的断言来看,没有电流流过U8A的第三个引脚,v1=v7......d

在桥式电路中,R15和Z1、PT100和线路电阻串联,PT100和线路电阻连接得到的电压通过电阻R17加到U8A的第三引脚上

v7=2*(rx+2r0)/(r15+rx+2r0) …e

从假想短路来看,U8A的第3和第2引脚的电压相等,v1=v2......f

由 abcdef 获得,(v5-v7) 100=(v7-v3) 22 简化得到 v5=(102.2*v7-100v3)/2.2

即 v5=2044(rx+2r0)/(1000+rx+2r0) –200/11 ……g

输出电压 v5 是 rx 的函数,我们看一下线路电阻的影响。

PT100底线电阻上产生的压降通过中线电阻Z2、R22,加到U8C的第10个引脚上,由虚判知

v5=v8=v9=2*r0/(r15+rx+2r0) …a

v6-v10)/r25=v10/r26 ……b

从近视中可以看出

v10=v5 ……c

源自公式 ABC

v6=(102.2/2.2)v5=204.4r0/[2.2(1000+rx+2r0)] h

由方程GH组成的方程知道,如果测量V5和V6的值,可以计算出Rx和R0,并且Rx是已知的,并且通过检查PT100索引表知道温度的大小。

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