在结构上一样的电路,如何区分是反相放大器还是积分电路?

ID:344848 · 发表于 2024-4-28 01:46

提醒一下：文中的分析结论只适合运算放大器在低频或直流电路中的表现，传输射频，超高频信号类型不在讨论范围之内。

这是一个很有意思的问题。如果电路中R、C的值不予标注，则可能判断为是同一种电路。如果能注意到元件取值的不同，其实是两种类型的电路。
上图所示，反馈电阻R2两端并联电容C2，对于反相放大器来说，有抑制输出波形畸变、选通、相位补偿、消噪、降低高频放大倍数等作用，具体作用暂且不去深究。但对上图中(a)、(b)电路来说，具备电路类型的判断能力，无论是设计、还是维修都是必要的。特别是在缺少图纸的状况，对形成检修思路，采用相应检测方法、提高故障判断的准确程度都有作用。
对于上图(b)中的积分电路，设计需要采用的公式为：

其中Iin为输入高电压产生输入电流；Vin为输入方波电压的幅度；T为输入方波的脉宽；τ为输入回路时间常数；AVOL为运算放大器的开环增益。
实际的积分器，因为电容对直流信号开路，所以在零频时没有负反馈。没有负反馈，电路将输入失调电压作为有效的输入电压，使电容充电，并使输出达到正向或负向饱和，结果是不确定的。
减少输入失调电压影响的方法是减少零频时的电压增益。可以加入一个与电容C2并联的电阻R2，该电阻至少比输入电阻大10倍，R2≥10R1。如果增加的电阻为10R1，闭环电压增益为10，输出失调电压下降到可以容忍的范围内。当输入信号有效时，电阻R2对电容C2的充电没有影响。
下面介绍一下经验判断法：
1）从R2、R1的取值比例范围来看。尽管运算放大器电压放大倍数是近于无穷大，但实际电路应用中，电压放大倍数超过10倍的极为少见。因此R2接近R1者为反相放大器电路；R2若为R1的几十倍，则为积分电路。
2）从R2两端并联的电容C2的容量来看。容量小者，起消噪、相位补偿等作用。换言之，电容量较小（对信号电流的影响力较小），即电阻发挥主导作用，电路结构为反相放大器电路；电容量大者，信号电流“走电阻困难”，更容易经过电容的充、放电形成通路，则电路结构为积分电路。
3)结论显而易见：R2、C2取小者，为反相放大器电路；R2、C2取值都偏大者，为积分电路。二者无论在静态和动态工作中或故障中的表现，都会有较大的差异。
温馨提示：以上符合运算放大器在低频或直流电路中的表现，传输射频，超高频信号类型不在讨论范围之内。

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在结构上一样的电路，如何区分是反相放大器还是积分电路？.doc (44.5 KB, 下载次数: 8)

ID:522428 · 发表于 2024-4-28 11:02

感谢大佬讲得真好，一看见运放的各种电路就懵逼。

ID:748364 · 发表于 2024-4-28 11:48

分析的很细，学习了。

ID:344848 · 发表于 2024-4-28 13:05

clemon08 发表于 2024-4-28 11:02
感谢大佬讲得真好，一看见运放的各种电路就懵逼。

研究表明，成为一个优秀工程师的学习时间需要至少一万小时；不提倡速成论。持续作一事，你会成功，N年后，你会发现运放并不难。

ID:344848 · 发表于 2024-4-29 01:10

这对于设计变频器等工业产品、家用电器中开关电源设计及维修疑难电路板，有较大的帮助。

ID:1109793 · 发表于 2024-4-29 07:23

运放用的少，非常少，大部分都是抄来的电路。上学那会儿研究过，后来就都忘记了。

ID:344848 · 发表于 2024-5-1 17:54

xiaobendan001 发表于 2024-4-29 07:23
运放用的少，非常少，大部分都是抄来的电路。上学那会儿研究过，后来就都忘记了。

工业设备的开关电源、储能设备的控制是必须采用的。

ID:1100060 · 发表于 2024-5-3 09:06

对于我这个只有求知欲，没有上进心的傢伙，还真的从中吸收到一点东西。
积分，进方波的话，出的就是三角波，待机状态时，输入输出都是地电位，电容是空的，
当方波Uin怼进反相端(R1)，Uout随C2充电而增加，积分的关键，就是Uin须赶在运放饱和前翻转，否则，Uout就「削顶」变成枱锥(梯形)波了。

ID:344848 · 发表于 2024-5-3 10:32

LhUpBJT 发表于 2024-5-3 09:06
对于我这个只有求知欲，没有上进心的傢伙，还真的从中吸收到一点东西。
积分，进方波的话，出的就 ...

共同学习，共同进步。

ID:1100060 · 发表于 2024-5-4 02:46

这些资料，绝对是实务指引，像我这样的业余爱好者肯定不会晓得。
不过说到底，这些都只是业界规范，市场行为，学问却是只认死理，这死理，就是自然规律，
积分的关键，只在于 RC常数跟方波宽度的搭配，只要搭配合适，不论频率高低增益大小都能成事，
如果运放的开环增益是100000，我不随主流，自己搞个闭环增益1000的反相器，补偿电容还有99%的开环增益可供施展，电路照样可以稳的一批，
2.2μF，说小不小，说大也不大，你给个 1Hz 甚至更慢的方波，Uout出来的也近乎方波了，实际上，不光是方波，对正弦波同样有保真范围。

ID:1100060 · 发表于 2024-5-4 07:15

作为积分器，没有R2的话，增益就最高，
那么，决定积分与反相的转捩点的，是R1C2，同样的时间常数，积分增益不一样。

ID:1100060 · 发表于 2024-5-6 00:28

donglw 发表于 2024-5-3 10:32
共同学习，共同进步。

有幸得悉这些实务指引，当然是如获至宝，侭管当前的我还用不着，
想当年，行外人绝不可能懂得这些，行家们全都守口如瓶讳莫如深，绝不外传，如今，大概已不再是商业机密了吧。

ID:344848 · 发表于 2024-5-7 02:24

LhUpBJT 发表于 2024-5-4 02:46
这些资料，绝对是实务指引，像我这样的业余爱好者肯定不会晓得。
不过说到底，这些都只是业界规范， ...

课本只讲理想状态，精确设计至少要考虑三个参数：输入偏置电流、输入失调电流和输入失调电压；因此，线性放大器的放大倍数不能太大的原因。

ID:344848 · 发表于 2024-5-7 02:31

LhUpBJT 发表于 2024-5-4 07:15
作为积分器，没有R2的话，增益就最高，
那么，决定积分与反相的转捩点的，是R1C2，同样的时间常数，积分 ...

没有R2在零频时没有负反馈。因为没有负反馈，电路会将输入失调电压作为有效的输入电压，使电容充电，并使输出达到正向或负向饱和，结果不确定。这是电路设计不允许的。
实际精确设计必须考虑输入三因素之一。

ID:344848 · 发表于 2024-5-7 02:45

LhUpBJT 发表于 2024-5-6 00:28
有幸得悉这些实务指引，当然是如获至宝，侭管当前的我还用不着，
想当年，行外人绝不可能懂得这些，行家 ...

我提倡开源硬件，近期开源“手机快速充电器开关电源适配器”。打破西方的技术封锁。快速充电是依据电池的电量，调整输出电压，20V、12V、9V、5V由高到低，电流由小变大。仿真整个过程。

ID:344848 · 发表于 2024-5-7 06:32

LhUpBJT 发表于 2024-5-6 00:28
有幸得悉这些实务指引，当然是如获至宝，侭管当前的我还用不着，
想当年，行外人绝不可能懂得这些，行家 ...

记得N年前，邀请参加一设备研讨会，XX工程师号称研发出日本某设备，而且价格便宜。结果发现他省略日本设备三分之一器件，可靠性可想而知了。积分电路和微分电路大多数用于控制领域，即PID控制电路，它要求很严。一个典型的案例是丰田脚踏门事件，由于控制电路出现瑕疵，导致质量出现问题，美国议员要将丰田公司破产，总裁丰田赛男在听证会上痛哭流涕，。。。。。。
国内研发的单片机为何很少被其他汽车厂商采购，主要是抗干扰性能不如，是想开抗干扰性差的汽车在高速公路受到干扰的状况。。。。不是杞人忧天，真实案例是，深圳一公司（某大佬XXX是从此公司辞职后，创建公司，现在大家都是用他公司即时通软件）开发汽车防盗器，当时市面的单片机不具备看门狗的功能，客户使用此产品，在广深高速受到干扰，造成。。。。。

ID:1100060 · 发表于 2024-5-7 13:44

donglw 发表于 2024-5-7 02:31
没有R2在零频时没有负反馈。因为没有负反馈，电路会将输入失调电压作为有效的输入电压，使电容充电，并使 ...

明白过来了，这R2该加！
而且，即使没有R1或输入端不接地，R2仍能保证待机状态时不会出乱子。
说到反相放大器，我留意到，原来在老早已前就有一种电路叫做十倍放大器的，十倍，似乎已成常规。

ID:344848 · 发表于 2024-5-7 14:34

引入负反馈电路是为了增加电路的稳定性，提供设电路的抗干扰能力！即使在正反馈电路（振荡器）也引入负反馈电路。只不过有主次之分而己。负反馈为主的电路也引入正反馈电路，详见我在本坛的帖子《不能使用“虚断、虚短分析方法压控双向电流源电路》。
积分电路多用于控制系统，最简单的是开关电源。积分电路要求考虑各种干扰的影响，否则电路不稳定后果。。。。。。

ID:344848 · 发表于 2024-5-7 14:45

LhUpBJT 发表于 2024-5-7 13:44
明白过来了，这R2该加！
而且，即使没有R1或输入端不接地，R2仍能保证待机状态时不会出乱子。
说到 ...

为何提到这个问题，是因为无论是设计还是维修搞不懂它们的区别，设计出来的电路板不稳定，维修不知如何下手。不知何故，国内电器产品不提供电路原理图，可以测量电阻、功率管等，面对电容一头雾水，有的维修把所有电容拆下来也没有修好，主要是搞不懂他们的区别。

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在结构上一样的电路,如何区分是反相放大器还是积分电路?

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