在結構上一樣的電路,如何區分是反相放大器還是積分電路?

ID:344848 · 發表于 2024-4-28 01:46

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

這是一個很有意思的問題。如果電路中R、C的值不予標注，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，其實是兩種類型的電路。
上圖所示，反饋電阻R2兩端并聯電容C2，對于反相放大器來說，有抑制輸出波形畸變、選通、相位補償、消噪、降低高頻放大倍數等作用，具體作用暫且不去深究。但對上圖中(a)、(b)電路來說，具備電路類型的判斷能力，無論是設計、還是維修都是必要的。特別是在缺少圖紙的狀況，對形成檢修思路，采用相應檢測方法、提高故障判斷的準確程度都有作用。
對于上圖(b)中的積分電路，設計需要采用的公式為：

其中Iin為輸入高電壓產生輸入電流；Vin為輸入方波電壓的幅度；T為輸入方波的脈寬；τ為輸入回路時間常數；AVOL為運算放大器的開環增益。
實際的積分器，因為電容對直流信號開路，所以在零頻時沒有負反饋。沒有負反饋，電路將輸入失調電壓作為有效的輸入電壓，使電容充電，并使輸出達到正向或負向飽和，結果是不確定的。
減少輸入失調電壓影響的方法是減少零頻時的電壓增益。可以加入一個與電容C2并聯的電阻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，閉環電壓增益為10，輸出失調電壓下降到可以容忍的范圍內。當輸入信號有效時，電阻R2對電容C2的充電沒有影響。
下面介紹一下經驗判斷法：
1）從R2、R1的取值比例范圍來看。盡管運算放大器電壓放大倍數是近于無窮大，但實際電路應用中，電壓放大倍數超過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R2兩端并聯的電容C2的容量來看。容量小者，起消噪、相位補償等作用。換言之，電容量較小（對信號電流的影響力較小），即電阻發揮主導作用，電路結構為反相放大器電路；電容量大者，信號電流“走電阻困難”，更容易經過電容的充、放電形成通路，則電路結構為積分電路。
3)結論顯而易見：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。二者無論在靜態和動態工作中或故障中的表現，都會有較大的差異。
溫馨提示：以上符合運算放大器在低頻或直流電路中的表現，傳輸射頻，超高頻信號類型不在討論范圍之內。

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

ID:522428 · 發表于 2024-4-28 11:02

感謝大佬講得真好，一看見運放的各種電路就懵逼。

ID:748364 · 發表于 2024-4-28 11:48

分析的很細，學習了。

ID:344848 · 發表于 2024-4-28 13:05

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

研究表明，成為一個優秀工程師的學習時間需要至少一萬小時；不提倡速成論。持續作一事，你會成功，N年后，你會發現運放并不難。

ID:344848 · 發表于 2024-4-29 01:10

這對于設計變頻器等工業產品、家用電器中開關電源設計及維修疑難電路板，有較大的幫助。

ID:1109793 · 發表于 2024-4-29 07:23

運放用的少，非常少，大部分都是抄來的電路。上學那會兒研究過，后來就都忘記了。

ID:344848 · 發表于 2024-5-1 17:54

xiaobendan001 發表于 2024-4-29 07:23
運放用的少，非常少，大部分都是抄來的電路。上學那會兒研究過，后來就都忘記了。

工業設備的開關電源、儲能設備的控制是必須采用的。

ID:1100060 · 發表于 2024-5-3 09:06

對于我這個只有求知欲，沒有上進心的傢伙，還真的從中吸收到一點東西。
積分，進方波的話，出的就是三角波，待機狀態時，輸入輸出都是地電位，電容是空的，
當方波Uin懟進反相端(R1)，Uout隨C2充電而增加，積分的關鍵，就是Uin須趕在運放飽和前翻轉，否則，Uout就「削頂」變成枱錐(梯形)波了。

ID:344848 · 發表于 2024-5-3 10:32

LhUpBJT 發表于 2024-5-3 09:06
對于我這個只有求知欲，沒有上進心的傢伙，還真的從中吸收到一點東西。
積分，進方波的話，出的就 ...

共同學習，共同進步。

ID:1100060 · 發表于 2024-5-4 02:46

這些資料，絕對是實務指引，像我這樣的業余愛好者肯定不會曉得。
不過說到底，這些都只是業界規范，市場行為，學問卻是只認死理，這死理，就是自然規律，
積分的關鍵，只在于 RC常數跟方波寬度的搭配，只要搭配合適，不論頻率高低增益大小都能成事，
如果運放的開環增益是100000，我不隨主流，自己搞個閉環增益1000的反相器，補償電容還有99%的開環增益可供施展，電路照樣可以穩的一批，
2.2μF，說小不小，說大也不大，你給個 1Hz 甚至更慢的方波，Uout出來的也近乎方波了，實際上，不光是方波，對正弦波同樣有保真范圍。

ID:1100060 · 發表于 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捩點的，是R1C2，同樣的時間常數，積分增益不一樣。

ID:1100060 · 發表于 2024-5-6 00:28

donglw 發表于 2024-5-3 10:32
共同學習，共同進步。

有幸得悉這些實務指引，當然是如獲至寶，侭管當前的我還用不著，
想當年，行外人絕不可能懂得這些，行家們全都守口如瓶諱莫如深，絕不外傳，如今，大概已不再是商業機密了吧。

ID:344848 · 發表于 2024-5-7 02:24

LhUpBJT 發表于 2024-5-4 02:46
這些資料，絕對是實務指引，像我這樣的業余愛好者肯定不會曉得。
不過說到底，這些都只是業界規范， ...

課本只講理想狀態，精確設計至少要考慮三個參數：輸入偏置電流、輸入失調電流和輸入失調電壓；因此，線性放大器的放大倍數不能太大的原因。

ID:344848 · 發表于 2024-5-7 02:31

LhUpBJT 發表于 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捩點的，是R1C2，同樣的時間常數，積分 ...

沒有R2在零頻時沒有負反饋。因為沒有負反饋，電路會將輸入失調電壓作為有效的輸入電壓，使電容充電，并使輸出達到正向或負向飽和，結果不確定。這是電路設計不允許的。
實際精確設計必須考慮輸入三因素之一。

ID:344848 · 發表于 2024-5-7 02:45

LhUpBJT 發表于 2024-5-6 00:28
有幸得悉這些實務指引，當然是如獲至寶，侭管當前的我還用不著，
想當年，行外人絕不可能懂得這些，行家 ...

我提倡開源硬件，近期開源“手機快速充電器開關電源適配器”。打破西方的技術封鎖。快速充電是依據電池的電量，調整輸出電壓，20V、12V、9V、5V由高到低，電流由小變大。仿真整個過程。

ID:344848 · 發表于 2024-5-7 06:32

LhUpBJT 發表于 2024-5-6 00:28
有幸得悉這些實務指引，當然是如獲至寶，侭管當前的我還用不著，
想當年，行外人絕不可能懂得這些，行家 ...

記得N年前，邀請參加一設備研討會，XX工程師號稱研發出日本某設備，而且價格便宜。結果發現他省略日本設備三分之一器件，可靠性可想而知了。積分電路和微分電路大多數用于控制領域，即PID控制電路，它要求很嚴。一個典型的案例是豐田腳踏門事件，由于控制電路出現瑕疵，導致質量出現問題，美國議員要將豐田公司破產，總裁豐田賽男在聽證會上痛哭流涕，。。。。。。
國內研發的單片機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，真實案例是，深圳一公司（某大佬XXX是從此公司辭職后，創建公司，現在大家都是用他公司即時通軟件）開發汽車防盜器，當時市面的單片機不具備看門狗的功能，客戶使用此產品，在廣深高速受到干擾，造成。。。。。

ID:1100060 · 發表于 2024-5-7 13:44

donglw 發表于 2024-5-7 02:31
沒有R2在零頻時沒有負反饋。因為沒有負反饋，電路會將輸入失調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仍能保證待機狀態時不會出亂子。
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。

ID:344848 · 發表于 2024-5-7 14:34

引入負反饋電路是為了增加電路的穩定性，提供設電路的抗干擾能力！即使在正反饋電路（振蕩器）也引入負反饋電路。只不過有主次之分而己。負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，最簡單的是開關電源。積分電路要求考慮各種干擾的影響，否則電路不穩定后果。。。。。。

ID:344848 · 發表于 2024-5-7 14:45

LhUpBJT 發表于 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仍能保證待機狀態時不會出亂子。
說到 ...

為何提到這個問題，是因為無論是設計還是維修搞不懂它們的區別，設計出來的電路板不穩定，維修不知如何下手。不知何故，國內電器產品不提供電路原理圖，可以測量電阻、功率管等，面對電容一頭霧水，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別。

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在結構上一樣的電路,如何區分是反相放大器還是積分電路?

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