第七章集成运算放大器的应用

第七章 集成运算放大器的应用

集成运放最早应用于信号的运算,它可对信号完成加、减、乘、除、对数、反对数、微分、积分等基本运算，所以称为运算放大器。但是，随着集成运放技术的发展，各项技术指标不断改善，价格日益低廉，而且制造出适应各种特殊要求的专用电路。目前集成运放的应用几乎森头到电子技术的各个领域，除运算外还可对信号进行处理、变换和测量，也可以来产生正弦信号和各非正弦信号，成为电在系统的基本单元。

7.1 集成运放应用基础

7.1.1：低频等效电路

在电路中集成运放作为一个完整的独立的器件来对待。于是在分析、计算时我们用等效电路来代替集成运放。由于集成运放主要用于频率不高的场合，因此我们只学习低频率时的等效电路。下图所示为集成运放的符号，它有两个输入端和一个输出端。其中：标有的为同相输入端(输出电压的相位与该输入电压的相位相同) 标有的为反相输入端(输出电压的相位与该输入电压的相位相反)。

7.1.2：理想集成运放

一般我们是把集成运放视为理想的（将集成运放的各项技术指标理想化）

开环电压放大倍数：共模抑制比：无干扰无噪声 输入电阻：输出电阻：失调电压 、失调电流输入偏置电流：-3dB带宽： 及它们的温漂均为零 7.1.3：集成运放工作在线性区的特性

当集成运放工作在线性放大区时的条件是： (1) (2)

注：(1)即:同相输入端与反相输入端的电位相等，但不是短路。我们把满足这个条件称为\虚短\

(2)即:理想运放的输入电阻为∞,因此集成运放输入端不取电流。

我们在计算电路时，只要是线性应用，均可以应用以上的两个结论，因此我们要掌握好！ 当集成运放工作在线性区时，它的输入、输出的关系式为：

7.1.4：集成运放工作在非线性工作区

当集成运放工作在非线性区时的条件

是：集成运放在非线性工作区内一般是开环运用或加正反馈。它的输入输出关系是：

它的输出电压有两种形态：（1）当

它的输入电流仍为零（因为

）即：

7.2 运算电路

7.2.1：比例运算电路

定义：将输入信号按比例放大的电路，称为比例运算电路。 分类：反向比例电路、同相比例电路、差动比例电路。（按输入信号加入不同的输入端分） 比例放大电路是集成运算放大电路的三种主要放大形式： (1) 反向比例电路

输入信号加入反相输入端,电路如图(1)所示: 输出特性：因为：

，

时，

（2）当

时，

所以：

从上式我们可以看出：Uo与Ui是比例关系，改变比例系数，即可改变Uo的数值。

负号表示输出电压与输入电压极性相反。 反向比例电路的特点：

(1) 反向比例电路由于存在\虚地\因此它的共模输入电压为零.即:它对集成运放的共模

抑制比要求低。

(2) 输入电阻低:ri=R1.因此对输入信号的负载能力有一定的要求。 (2)同相比例电路

输入信号加入同相输入端,电路如图(2)所示:

输出特性：因为：（虚短但不是虚地）；；

所以：

改变Rf/R1即可改变Uo的值，输入、输出电压的极性相同

同相比例电路的特点： (1)输入电阻高；(2)由于

集成运放的共模抑制比要求高 (3)差动比例电路

输入信号分别加之反相输入端和同相输入端,电路图如图(3)所示:

(电路的共模输入信号高)，因此

它的输出电压为：

由此我们可以看出它实际完成的是：对输入两信号的差运算。 7.2.2：和、差电路 (1)反相求和电路

它的电路图如图(1)所示:（输入端的个数可根据需要进行调整）其中电阻R'

为:

它的输出电压与输入电压的关系为：它可以模拟方程：

。它的特点与反相比例电路相同。它可十

分方便的某一电路的输入电阻，来改变电路的比例关系，而不影响其它路的比例关系。 （2）同相求和电路

它的电路图如图（2）所示：（输入端的个数可根据需要进行调整）

它的输出电压与输入电压的关系为：

电路，而且它的共模输入信号大，因此它的应用不很广泛。 （3）和差电路

。它的调节不如反相求和

它的电路图如图(3)所示：

此电路的功能是对Ui1、Ui2进行反相求和，对Ui3、Ui4进行同相求和，然后进行

的叠加即得和差结果。

此电路的功能是对Ui1、Ui2进行反相求和，对Ui3、Ui4进行同相求和，然后进行的叠加即得和差结果。

它的输入输出电压的关系是：。

由于该电路用一只集成运放，它的电阻计算和电路调整均不方便，因此我们常用二级集成运放组成和差电路。它的电路图如图（4）所示

它的输入输出电压的关系是：

它的后级对前级没有影响（采用的是理想的集成运放），它的计算十分方便

7.2.3：积分电路和微分电路 (1)积分电路

它可实现积分运算及产生三角波形等。积分运算是：输出电压与输入电压呈积分关系。它的电路图如图(1)所示：它是利用电容的充放电来实现积分运算

它的输入、输出电压的关系为：其中:表示电容两端

的初始电压值.如果电路输入的电压波形是方形，则产生三角波形输出.

(2)微分电路

微分是积分的逆运算，它的输出电压与输入电压呈微分关系。电路图如图（2）所示:

它的输入、输出电压的关系为：

7.2.4：对数和指数运算电路

对数运算电路就是是输出电压与输入电压呈对数函数。我们把反相比例电路中Rf用二极管或三级管代替级组成了对数运算电路。电路图如图（3）所示：

它的输入、输出电压的关系为：极管）.

（也可以用三级管代替二

(2)指数运算电路

指数运算电路是对数运算的逆运算,将指数运算电路的二极管(三级管)与电阻R对换即可。电路图如(4)所示