运算放大器基本原理及应用.doc

,当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时,可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面,可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。运算放大器一般由4个部分组成,偏置电路,输入级,中间级,输出级。图1运算放大器的特性曲线图2运算放大器输入输出端图示图1是运算放大器的特性曲线,一般用到的只是曲线中的线性部分。如图2所示。U-对应的端子为“-”,当输入U-单独加于该端子时,输出电压与输入电压U-反相,故称它为反相输入端。U+对应的端子为“+”,当输入U+单独由该端加入时,输出电压与U+同相,故称它为同相输入端。输出:U0=A(U+-U-);A称为运算放大器的开环增益(开环电压放大倍数)。在实际运用经常将运放理想化,这是由于一般说来,运放的输入电阻很大,开环增益也很大,输出电阻很小,可以将之视为理想化的,这样就能得到:开环电压增益Aud=∞;输入阻抗ri=∞;输出阻抗ro=0;带宽fBW=∞;失调与漂移均为零等理想化参数。:UO=Aud(U+-U-),由于Aud=∞,而UO为有限值,因此,U+-U-≈0。即U+≈U-,称为“虚短”。由于ri=∞,故流进运放两个输入端的电流可视为零,即IIB=0,称为“虚断”,这说明运放对其前级吸取电流极小。上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则,可简化运放电路的计算。(1)比例电路所谓的比例电路就是将输入信号按比例放大的电路,比例电路又分为反向比例电路、同相比例电路、差动比例电路。(a)反向比例电路反向比例电路如图3所示,输入信号加入反相输入端:图3反向比例电路电路图对于理想运放,该电路的输出电压与输入电压之间的关系为:为了减小输入级偏置电流引起的运算误差,在同相输入端应接入平衡电阻R’=R1//RF。输出电压U0与输入电压Ui称比例关系,方向相反,改变比例系数,即改变两个电阻的阻值就可以改变输出电压的值。反向比例电路对于输入信号的负载能力有一定的要求。(b)同向比例电路同向比例电路如图4所示,跟反向比例电路本质上差不多,除了同向接地的一段是反向输入端:图4同相比例电路电路图它的输出电压与输入电压之间的关系为:;R’=R1//RF只要改变比例系数就能改变输出电压,且Ui与U0的方向相同,同向比例电路对集成运放的共模抑制比要求高。(c)差动比例电路差动比例电路如图5所示,输入信号分别加在反相输入端和同相输入端:图5差动比例电路电路图其输入和输出的关系为:可以看出它实际完成的是:对输入两信号的差运算。(2)和/差电路(a)反相求和电路其电路图如图6所示(输入端的个数可根据需要进行调整):图6反相求和电路图其中电阻R'满足:它的输出电压与输入电压的关系为:它的特点与反相比例电路相同,可以十分方便的通过改变某一电路的输入电阻,来改变电路的比例关系,而不影响其它支路的比例关系。(b)同相求和电路其电路如图7所示(输入端的个数可根据需要进行调整):图7同向求和电路图它的输出电压与输入电压的关系为:它的调节不如反相求和电路,而且它的共模输入信号大,因此它的应用不很广泛。(c)和差电路其电路图如图8所示