运放三种输入方式的基本运算电路及其设计方法
集成运放组成的基本运算电路

K2
C 1μF
R2 1M
K1 +15V
vS
-
R1 100K
A
vO
+
R′ 100K
-15V
vo
1 R1
t
0 vsdt
积分运算电路
4. 积分运算电路
将实验数据及波形填入下述表格中:
vs波形
vs幅度值
vo波形
vo频率
vo幅度值
5. 用积分电路转换方波为三角波
电路如下图所示。图中电阻R2的接入是为了抑制由 IIO、VIO所造成的积分漂移,从而稳定运放的输出零 点。
A
vO
υS
+
R′ 10K
-15V
v0
(1
RF R1
)vs
同相比例运算电路
2. 实现同相比例运算
将实验数据及波形填入下述表格中:
输入信号vs1 (V)
有效值
波形
输入信号vs2 (V)
有效值
波形
有效值
输出电压vo (V)
峰值
波形
注:上表针对正弦波输入,若是其他信号输入表作相应改变。
3. 减法器(差分放大电路)
减法器(差分放大电路)运算仿真电路
3. 减法器(差分放大电路)
减法器(差分放大电路)运算仿真电路
3. 减法器(差分放大电路)
将实验数据及波形填入下述表格中:
输入信号vs1 (V)
有效值
波形
输入信号vs2 (V)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
有效值
波形
有效值
输出电压vo (V)
峰值
波形
注:上表针对正弦波输入,若是其他信号输入表作相应改变。
vs波形
运放基本应用电路

运放基本应用电路运放基本应用电路运算放大器是具有两个输入端,一个输出端的高增益、高输入阻抗的电压放大器。
若在它的输出端和输入端之间加上反馈网络就可以组成具有各种功能的电路。
当反馈网络为线性电路时可实现乘、除等模拟运算等功能。
运算放大器可进行直流放大,也可进行交流放大。
R f使用运算放大器时,调零和相位补偿是必须注意的两个问题,此外应注意同相端和反相端到地的直流电阻等,以减少输入端直流偏流 U I 引起的误差。
U O 1.反相比例放大器 电路如图1所示。
当开环增益为 ∞(大于104以上)时,反相放大器的闭环增益为: 1R R U U A f I O uf -== (1) 图1 反相比例放大器 由上式可知,选用不同的电阻比值R f / R 1,A uf 可以大于1,也可以小于1。
若R 1 = R f , 则放大器的输出电压等于输入电压的负值,因此也称为反相器。
放大器的输入电阻为:R i ≈R 1直流平衡电阻为:R P = R f // R 1 。
其中,反馈电阻R f 不能取得太大,否则会 产生较大的噪声及漂移,其值一般取几十千欧 到几百千欧之间。
R 1的值应远大于信号源的 O 内阻。
2.同相比例放大器、同相跟随器 同相放大器具有输入电阻很高,输出电阻很低的特点,广泛用于前置放大器。
电路原理图如图2所示。
当开环增益为 ∞(大于104以上 图2 同相比例放大器 )时,同相放大器的闭环增益为:1111R R R R R U U A f f I O uf +=+== (2) 由上式可知,R 1为有限值,A uf 恒大于1。
同相放大器的输入电阻为:R i = r ic其中: r ic 是运放同相端对地的共模输入电阻,一般为108Ω;放大器同相端的直流平衡电阻为:R P = R f // R 1。
若R 1 ∞(开路),或R f = 0,则A u f 为1,于是同相放大器变为同相跟随器。
此时由于放大器几乎不从信号源吸取电流,因此 U可视作电压源,是比较理想的阻抗变换器。
运算放大电路

ri=R1
uo
RP =R1 // R2
为保证一定的输入
电阻,当放大倍数 大时,需增大R2, 而大电阻的精度差,
因此,在放大倍数
较大时,该电路结 构不再适用。
3
i2
R2
i1
ui R1
_
+ +
RP
电位为0,虚地
3. 反馈方式
电压并联负反馈 输出电阻很小, 输入电阻也不大。
4. 共模电压
u u 0 2
实际应用时可适当增加或减少输入端的个数, 以适应不同的需要。
10
R11 ui1
i11
ui2
R12
i12
虚地
iF
R2
_ +
+
RP
u u 0
i11 i12 iF
uo
可用叠加法求
uo
( R2 R11
ui1
R2 R12
ui2 )
11
二、同相求和运算
R1
RF
ui1
-
R21
+
+
3. 同相输入的共模电压高,反相输入的共模电 压小。
30
比例运算电路与加减运算电路小结
1. 它们都引入电压负反馈,因此输出电阻都比 较小 。
2. 关于输入电阻:反相输入的输入电阻小,同 相输入的输入电阻高。
3. 同相输入的共模电压高,反相输入的共模电 压小。
31
3. 微分运算电路与积分运算电路
一、反相微分运算
4.输入和输出反相。 5. 在放大倍数较大时,该电路结构不再适用 。
5
二、同相比例运算电路
虚短路
运放组成的加减乘除等运算电路

uI2
R2 i2
RF iF
uI1uI2uI3uO
uI3
R3 i3 N - ∞
+
uO
R1 R2 R3 RF
P+
uORF(uRI11uRI22uRI33)
RP
第十二页,共55页。
2. 同相加法运算
R2 // R3 // R4
= R1// Rf
uO
(1
Rf R1
)u
u R 2R 3R /3 R //4R /4u I1 R 3R 2R /2 R //4R /4u I2
值得注意的是,电压跟随器反馈系数F=1,
反馈深度深,输入电阻高,输出电阻低, 常用作阻抗变换或缓冲级。
uI
RF
-∞ +
uO
+
同相比例运算电路有输入电阻高的特点,但输入共模信号
电压高,对集成运放的共模抑制比要求也高。另一方面如果 共模电压超过允许的数值,电路也无法正常工作。
第八页,共55页。
三、差分比例运算电路
第三十页,共55页。
(1R2/R1)uI1
uo(1R R 1 2)uI1R R 1 2(1R R 1 2)uI2 (1R R12)(uI2uI1)
第二十六页,共55页。
例 7.2.3 利用积分电路将方波变成三角波
10 k
uI/V 5
10 nF
时间常数 = R1Cf = 0.1 ms
1 t2
uoR1Cf
uIdt uC(t1)
t1
设
uC(0) = 0
0.1
1
uo t0.1ms0.1 5dt
=
5
V
0
5 0.1 0.3 0.5 t/ms
01运算放大器16个基本运算电路设计

运算放大器16个基本运算电路设计一、集成运算放大器放大电路概述集成电路是一种将“管”和“路”紧密结合的器件,它以半导体单晶硅为芯片,采用专门的制造工艺,把晶体管、场效应管、二极管、电阻和电容等元件及它们之间的连线所组成的完整电路制作在一起,使之具有特定的功能。
集成放大电路最初多用于各种模拟信号的运算(如比例、求和、求差、积分、微分……)上,故被称为运算放大电路,简称集成运放。
集成运放广泛用于模拟信号的处理和产生电路之中,因其高性价能地价位,在大多数情况下,已经取代了分立元件放大电路。
1.1反向比例电路第1题:电路如下,推导输入与输出的关系,计算电路的理论值,并与仿真值比较,说明电路功能。
vu u R R u i if 51010-=-=-=根据虚断虚短得1.2反向求和加法电路第2题:电路如下,推导输入与输出的关系,计算电路的理论值,并与仿真值比较,说明电路功能。
vu u u R R u R R u i i i fi f3(10)2123110-=--=--=—根据虚断虚短得1.3电压跟随电路第4题 电路如下,推导输入与输出的关系,计算电路的理论值,并与仿真值比较,说明电路功能。
这是一个电压跟随器:mvu u R R u i i f 100)1(1110==+=1.4加减运算电路加减运算电路如图4所示,输入信号1i u 、2i u 分别加在反相输入端和同相输入端,这种形式的电路也称为差分运算电路。
输出电压为:2211231(1)ff o i i R R R u u u R R R R =+-+图4加减运算电路1.5积分运算电路其输出电压o u 为:111o iu u dt R C =-⎰式中,11R C 为电路的时间常数。
由于受到集成运放最大输出电压OM U 的限制,选择1R 、1C 参数3,其值必须满足:111iO MR C u dt U >=⎰图5积分运算电路1.6微分运算电路图6微分运算电路电路的输出电压为o u 为:21i o du u R C dt=-式中,21R C 为微分电路的时间常数。
集成运算放大电路的输入方式

集成运算放大电路的神奇输入方式集成运算放大电路是当前电子工程中非常常见且重要的模拟电路
之一。
为了让电路发挥更好的性能,对其输入方式的选择也显得尤为
重要。
以下是集成运算放大电路的三种神奇输入方式:
1.差分输入方式:差分输入方式是一种常见的、灵活的输入方式,它使用两个信号作为输入信号,并使用差分放大电路将这两个信号进
行差分放大,并输出放大后的差分信号。
这种输入方式具有很高的输
入阻抗,且输入信号可以有任意一个点为参考电压,是目前最为常用
的输入方式之一。
2.单端输入方式:单端输入方式使用一个信号作为输入信号,且
一般将该信号的参考点接在放大电路的中心点。
单端输入方式的缺点
是其输入阻抗不高,对信号源造成的干扰比较明显,不过它仍然是一
种比较常见的输入方式之一。
3.共模输入方式:共模输入方式是使用两个相同的信号作为输入
信号,并输出它们的差分信号。
该输入方式的优点是在信号源干扰比
较大时,可以通过共模抑制器来减小其影响,并保证输出信号的准确性。
然而,该输入方式对大部分集成运算放大电路并不适用。
以上三种输入方式各具特点,人们在选择时需要根据其具体的应
用环境和性能需求来进行选取。
在实际应用中,常使用多种不同方式
进行组合,以达到更高的性能和稳定性。
运算放大器的三种基本电路

运算放大器是一种广泛应用于模拟电路和信号处理领域的电子元件,其基本电路包括:
1. 同相比例运算放大器电路:将输入信号加到同相输入端,输出电压与输入电压同相,放大倍数取决于反馈电阻和放大器增益。
同相比例运算放大器电路常用于信号放大、滤波、比较等方面。
2. 反相比例运算放大器电路:将输入信号加到反相输入端,输出电压与输入电压反相,放大倍数取决于反馈电阻和放大器增益。
反相比例运算放大器电路常用于信号放大、滤波、积分等方面。
3. 差分放大器电路:将两个输入信号分别加到同相输入端和反相输入端,输出电压为两个输入电压之差的放大倍数,常用于测量微小电压和放大差分信号。
这三种基本电路在实际应用中可以组合使用,实现更加复杂的信号处理功能。
运算放大器应用电路的设计与制作

运算放大器应用电路的设计与制作运算放大器1.原理运算放大器是目前应用最广泛的一种器件,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q 同相,故称它为同相输入端。
输出:U0= A(U+-UJ ; 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Ad=x ;输入阻抗r i=x ;输出阻抗r o=0;带宽f BW=^;失调与漂移均为零等理想化参数。
理想运放在线性应用时的两个重要特性输出电压U与输入电压之间满足关系式:Ub= Ad (L+- L U),由于A ud=^,而U 为有限值,因此,U— UL^O o即U〜U-,称为“虚短”。
由于r i二X,故流进运放两个输入端的电流可视为零,即I IB = 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。
运算放大器的应用(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: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:U 。
訓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'= R// R F 。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
熟悉运放三种输入方式的基本运算电路及其设计方法2、了解其主要特点,掌握运用虚短、虚断的概念分析各种运算电路的输出与输入的函数关系。
3、了解积分、微分电路的工作原理和输出与输入的函数关系。
学习重点:应用虚短和虚断的概念分析运算电路。
学习难点:实际运算放大器的误差分析集成运放的线性工作区域前面讲到差放时,曾得出其传输特性如图,而集成运放的输入级为差放,因此其传输特性类似于差放。
当集成运放工作在线性区时,作为一个线性放大元件v o=A vo v id=A vo(v+-v-)通常A vo很大,为使其工作在线性区,大都引入深度的负反馈以减小运放的净输入,保证v o不超出线性围。
对于工作在线性区的理想运放有如下特点:∵理想运放A vo=∞,则 v+-v-=v o/ A vo=0 v+=v-∵理想运放R i=∞ i+=i-=0这恰好就是深度负反馈下的虚短概念。
已知运放F007工作在线性区,其A vo=100dB=105 ,若v o=10V,R i= 2MΩ。
则v+-v-=?,i+=?,i-=?可以看出,运放的差动输入电压、电流都很小,与电路中其它电量相比可忽略不计。
这说明在工程应用上,把实际运放当成理想运放来分析是合理的。
返回第二节基本运算电路比例运算电路是一种最基本、最简单的运算电路,如图8.1所示。
后面几种运算电路都可在比例电路的基础上发展起来演变得到。
v o∝ v i:v o=k v i(比例系数k即反馈电路增益 A vF,v o=A vF v i)输入信号的接法有三种:反相输入(电压并联负反馈)见图8.2同相输入(电压串联负反馈)见图8.3差动输入(前两种方式的组合)讨论:1)各种比例电路的共同之处是:无一例外地引入了电压负反馈。
2)分析时都可利用"虚短"和"虚断"的结论: i I=0、v N=v p。
见图8.43)A vF的正负号决定于输入v i接至何处:接反相端:A vF<0接同相端:A vF>0,见图8.5作为一个特例,当R1→∞时A VF=1,电路成为一个电压跟随器如图8.6所示。
4) 在同相比例电路中引入串联反馈,所以R i很大,而反相比例电路引入并联负反馈,所以R i不高。
5)由于反相比例电路中,N点是"虚地"点,v N≈0。
所以加在集成运放上的共模输入电压下降至0;而同相比例电路中,v N≈v i,所以集成运放将承受较高的共模输入电压。
6)比例电路的同相端均接有R′,这是因为集成运放输入级是由差放电路组成,它要求两边的输入回路参数对称。
即,从集成运放反相端和地两点向外看的等效电阻等于反相端和地两点向外看的等效电阻。
这一对称条件,对于各种晶体管集成运放构成的运算和放大电路是普遍适用的。
有时(例高阻型运放)要求不严格。
例:试用集成运放实现以下比例运算:A vF=v o/v i=0.5,画出电路原理图,并估算电阻元件的参数值。
解:(1)A vF=0.5>0,即v o与v i同相。
∴可采用同相比例电路。
但由前面分析可知,在典型的同相比例电路中,A vF≥1,无法实现A vF=0.5的要求。
(2)选用两级反相电路串联,则反反得正如图8.7所示。
使A vF1=-0.5, A vF2=-1。
即可满足题目要求。
电阻元件参数见图8.8。
一、加法电路求和电路的输出电压决定于若干个输入电压之和,一般表达式为:v o=k1v s1+k2v s2+......+k n v sn下面以图8.9为例推导输出/输入之间的函数关系。
该电路的实质是多端输入的电压并联负反馈电路。
根据虚地的概念,即:v I=0→v N-v P=0 , i I=0电路特点:在进行电压相加时,能保证各v s 及 v o间有公共的接地端。
输出v o分别与各个 v s间的比例系数仅仅取决于R f与各输入回路的电阻之比,而与其它各路的电阻无关。
因此,参数值的调整比较方便。
1) 求和电路实际上是利用"虚地"以及i I=0的原理,通过电流相加(i f=i1+i2+…)来实现电压相加。
此加法器还可扩展到多个输入电压相加。
也可利用同相放大器组成。
2) 输出端再接一级反相器,则可消去负号,实现符合常规的算术加法。
同相放大器可直接得出无负号的求和。
但仅在R n=R p的严格条件下正确。
3) 这个电路的优点是:a.在进行电压相加的同时,仍能保证各输入电压及输出电压间有公共的接地端。
使用方便。
b.由于"虚地"点的"隔离"作用,输出v o分别与各个v s1间的比例系数仅仅取决于R f与各相应输入回路的电阻之比,而与其它各路的电阻无关。
因此,参数值的调整比较方便。
二、减法电路电路如图8.10所示,由反相比例电路得:利用差动输入也可以实现减法运算,电路如图8.11所示电路特点:a、只需一只运放,元件少,成本低.b、由于其实际是差动式放大器,电路存在共模电压,应选用K CMR较高的集成运放,才能保证一定的运算精度.c、阻值计算和调整不方便。
例1.试用集成运放实现求和运算。
1)v o=-(v s1+10v s2+2v s3)2)v o=1.5v s1-5v s2+0.1v s3解(1)用反相求和电路形式(如图12)解(2)本题要求的运算关系中既有加法又有减法。
使用双集成运放的电路如图8.13① v s1、v s3加到A1-组成反相求和电路,使v o1=-(1.5v s1+0.1v s3)② 将v o1和v s2加到A2的反相端使:v o=-(v o1+5v s3)=1.5v s1+0.1v s3-5v s2R f1/R1=1.5 R f1/R3=0.1选R1=2k,可得:R f1=3k,R3=30k例:请证明图8.14所示电路的输出为该电路称为仪用放大器,其主要特点见P332~333三、积分电路积分电路的应用很广,它是模拟电子计算机的基本组成单元。
在控制和测量系统中也常常用到积分电路。
此外,积分电路还可用于延时和定时。
在各种波形(矩形波、锯齿波等)发生电路中,积分电路也是重要的组成部分。
电路如图8.15所示。
采用什么方法能使v o与v i间成为积分关系呢?首先想到的是利用电容C。
因为其中 v c,i c 分别为电容两端电压和流过的电流,C为电容容量。
所以如果能设法使电路的v o∝ v c,而使v i∝i c,则v o与v i间也将成为积分关系。
以上的要求可以利用集成运放来实现,电路如图8.14所示。
运放的反相端"虚地",v N=0, ∴v o=-v c实现了第一个要求(v o∝v c);又i c=i1=v s/R 实现了第二个要求(v s∝i c)于是即τ=RC ——积分电路的时间常数讨论:1)以上关系是假设C两端v co=0,若v co≠0,则2)将积分电路图8.16与反相比例电路比较,可以看出基本积分电路也是在反相比例电路基础上演变而得.(将R F换成C即可)3)如果在积分电路的输入端加上一个阶跃信号则可得到即v o随时间而直线上升,但增长方向与v s极性相反。
增长速度正比于v s(输入电压的幅值)和1/τ 。
利用积分电路的上述特性,若输入信号是方波,则输出将是三角波。
可见积分电路能将方波转换成三角波。
当t增加时,|v o|是否增加并趋于无穷?显然不能。
它受到集成运放的最大输出电压v omax的限制,当v o等于正向或负向的最大值后,便达到饱和,不再继续增大。
积分电路具有延迟作用。
将v o作为电子开关的输入电压,即输出端接一电子开关,当v o=6v 时电子开关动作。
设v s在t=0,由0变为-3v,则v o随t线性上升。
已知:R=10kΩ,C=0.05μF,v co=0,请算出v o=6v时所对应的时间T?4)在积分电路输入端加上一个正弦信号,v s=V m sinωt,v o比v s领先90°,这个相差与ω无关。
但幅度与积分电路的RC、ω有关,RC、ω增大,幅度减小。
这就是积分电路的移相作用。
小结:以上讨论的积分性能,均指理想情况而言。
实际的积分电路不可能是理想的,常常出现积分误差。
主要原因是实际集成运放的输入失调电压、输入偏置电流和失调电流的影响。
实际的C存在漏电流等。
情况严重时甚至不能正常工作。
实际应用时要注意这些问题。
例1:一求和--积分电路如图8.17所示。
(1)求v o的表达式。
(2)设两个输入信号v s1,v s2皆为阶跃信号如图8.18所示。
画出v o的波形。
解:(1)虚断:i c=i1+i2虚地:(2)由图8.18可得当0≤t<0.5s,v s1=1(v),v s2=0 当t≥0.5s时,v s1=1v,v s2=-1v,则其输出波形如图8.19所示。
四、微分电路微分是积分的逆运算。
只要将积分电路中R与C互换即可,如图8.20所示。
讨论:若v s=k,则v o=0(理想情况) ;若v s是一个直线上升的电压,则v o=-K 。
如图8.21所示。
例2:用集成运放实现:v o=5∫(v s1-0.2v s2+3v s3)dt要求各路输入电阻大于100k,选择电路结构形式并确定电路参数值。
解:要现的运算关系中包含+、-、∫运算。
采用两个集成运放结构:如图8.22所示:使v o1=-(v s1+3v s3) 再将v o1和v s2加在A2的反相端,实现的是求和积分运算,使v o=-5∫(v o1+0.2v s2)dt 实现本题要求。
参数的计算:具体电路如图8.23所示。
返回第三节实际运算放大器运算电路的误差分析一、共模抑制比KCMR为有限值的情况电路如图8.24所示.页脚。