運(yùn)算放大器是模擬電路中十分重要的元件,它能組成放大、加法、減法、轉(zhuǎn)換等各種電路,在電路設(shè)計(jì)中應(yīng)用十分廣泛。那么,如果電路異常,我們應(yīng)該怎樣排查是否是運(yùn)算放大器損壞的原因呢?那就是運(yùn)用運(yùn)放的“虛短”和“虛斷”來分析電路,然后結(jié)合一些小技巧就可以判斷了。接下來,讓我們先了解一下,什么是“虛短”和“虛斷”。
虛短
虛短是指在理想情況下,兩個(gè)輸入端的電位相等,這樣可以將兩個(gè)輸入端看作短接在一起,但事實(shí)上并沒有短接,稱為“虛短”。虛短的必要條件是運(yùn)放引入深度負(fù)反饋。
由于運(yùn)放的電壓放大倍數(shù)很大,一般通用型運(yùn)算放大器的開環(huán)電壓放大倍數(shù)都在80 dB以上。而運(yùn)放的輸出電壓是有限的,一般在 10 V~14 V。因此運(yùn)放的差模輸入電壓不足1 mV,兩輸入端近似等電位,相當(dāng)于 “短路”。開環(huán)電壓放大倍數(shù)越大,兩輸入端的電位越接近相等。
虛斷
虛斷是指在理想情況下,流入集成運(yùn)算放大器輸入端的電流為零。這是由于理想運(yùn)算放大器的輸入電阻無限大,就好像運(yùn)放兩個(gè)輸入端之間開路。但事實(shí)上并沒有開路,稱為“虛斷”。
由于運(yùn)放的差模輸入電阻很大,一般通用型運(yùn)算放大器的輸入電阻都在1MΩ以上。因此流入運(yùn)放輸入端的電流往往不足1uA,遠(yuǎn)小于輸入端外電路的電流。故通常可把運(yùn)放的兩輸入端視為開路,且輸入電阻越大,兩輸入端越接近開路。
示例分析
如圖1所示,是常見的反相比例運(yùn)算放大電路,下面用虛短和虛斷的方法來分析電路。
圖 1 反向放大器
在反相放大電路中,信號(hào)電壓通過電阻R1加至運(yùn)放的反相輸入端,輸出電壓Vo通過反饋電阻Rf反饋到運(yùn)放的反相輸入端,構(gòu)成電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路。
運(yùn)放的同相端接地等于0V,反相端和同相端虛短,所以也是0V。反相輸入端輸入電阻很高,虛斷,幾乎沒有電流注入和流出,那么R1和Rf相當(dāng)于是串聯(lián)的,因?yàn)榱鬟^一個(gè)串聯(lián)電路中的每一只組件的電流是相等的,即流過R1的電流和流過Rf的電流相等。
根據(jù)歐姆定律可以得到:
Is= (Vs- V-)/R1 ………a
If= (V- - Vo)/Rf ……b
V- = V+ = 0 ………………c
Is= If ……………………d
求解后可能Vo== (-Rf/R1)*Vi
了解了虛短虛斷的原理后,我們就可以通過它,在實(shí)際應(yīng)用的運(yùn)放電路中來判斷器件的好壞了。根據(jù)放大器虛短的原理,如果運(yùn)放線性工作,其同向輸入端和反向輸入端的電壓必然相等,即使有差別也是mv級(jí)。當(dāng)然在某些高輸入阻抗電路中,萬用表的內(nèi)阻會(huì)對電壓測試有點(diǎn)影響,但一般不會(huì)超過0.2V,如果有0.5V以上的差別,則放大器必壞無疑!
在很多儀器儀表中,都有集成運(yùn)放作小信號(hào)的放大之用,它較其他集成塊和元件易壞,所以能迅速判斷其好壞可以說是修理儀器儀表的一條捷經(jīng)。比較復(fù)雜的儀器儀表中的集成塊很多是直接焊接在印刷線路板上,線路板插在插座內(nèi),各線路板之間的距離也很小,要想直接測量電壓很困難。下面提出一些簡便、實(shí)用的判斷集成運(yùn)放塊的方法。
1、通電一段時(shí)間后手摸集成運(yùn)放塊的溫度,如溫度大于50℃應(yīng)懷疑其是否損壞。
2、若可能的話,測其直流電流,應(yīng)在幾毫安以內(nèi)。否則就是損壞。
3、集成運(yùn)放有單運(yùn)放和幾個(gè)運(yùn)放組合在一起的,應(yīng)熟悉它的電源及輸入、輸出腳。這也有一定規(guī)律可找及查找有關(guān)的手冊即可知道。集成運(yùn)放的輸入腳之間電阻應(yīng)比較大(一般大于10 M歐),測量值小時(shí)應(yīng)觀察輸入端有無限值的二極管,否則是損壞無疑。
4、在線測量輸入電壓應(yīng)比較小。一般0.1 V以下。用手接觸輸入端,電壓應(yīng)會(huì)在輸出端有變化,或用手接觸反饋電阻二端(相當(dāng)于并聯(lián)一個(gè)電阻),輸出也會(huì)相應(yīng)變化。