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： 1

R 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：

1

111R 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。

3．加（减）法器

电路如图3所示。当运算放大器开环增益为 U I2 R 2 2 7 足够大时，由于点 ∑为“虚地”，两个输入电 µA741

6 U O 压可以彼此独立地通过自身输入回路的电阻转 3 4

换为电流，能精确地实现代数相加运算。其输 R P -15V

出电压U O 为：

⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛+-=2211I f I f O U R R U R R U （3） 图3 加法器

图中：同相端的输入电阻R P = R f // R 1 // R 2。

上式中，负号表示加法器的输出信号与输入信号的相位相反。

若取R 3 = R 2 = R f2 ，并使其中一个输入信号U I1经过一级反相放大器，则加法器可以变为

U O

图中：R P1 = R f1/2，R 3 = R 2 = R f2，R 1=R f1，R P2= R 3// R 2// R f2

其输出电压为： )(12I I O U U U --= （4） 4．差动放大器（减法器） U 电路如图5所示。当运算放大器的同相端 U O 和反相端分别输入信号U I1和U I2时，输出电压 U U O 为： 23231111I f I f O U R R R R R U R R U ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝

⎛++-=当R 1=R 2，R 3=R f 时，图5电路为差动放

大器，其差模电压增益为： 图5 差动放大器

2

3112R R R R U U U A f I I O ud ==-= 输入电阻为： R id =R 1+R 2=2R 1

输出电压为：

)(121I I f

O U U R R U -=

当 R 1= R 2= R 3= R f 时，图5电路为减法器，输出电压为：

12I I O U U U -=

由于差动放大器具有双端输入 — 单端输出，共模抑制比较高的特点，因此，差动放大

器通常作为传感放大器或测量仪器的前置放大器。

五．实验内容

1．反相放大器的安装与测试

在图1电路中，取R 1 = 10k Ω，R f = 100k Ω，先根据R 1和R f 的值，算出该电路的电压放大倍数A uo 和直流平衡电阻R P 。然后根据R 1、R f 、和R P 的值，安装一个反相比例放大器。

1）从放大器的输入端输入U I =1.5V 的直流信号，用万用表测量U O ，判断U O 与U I 的相位关系，并根据下式计算电压放大倍数A uf 。

I

O uf U U A = 将A uf 与理论值比较，判断是否与理论值相符。若误差太大，则必须在运放电路中加装 调零电路，在无输入信号的情况下，先将放大器的输入端接地，接着调节调零电位器，使输出信号为零。然后将接地线去掉，输入直流信号进行测试。

2）从放大器的输入端输入 f = 1kHz ，U im = 0.2V 的交流信号，用示波器测量输入电压的幅值U im 与输出电压的幅值U om 。判断u i 与u o 的相位关系。并计算电压放大倍数A uf 。

2． 同相放大器的安装与测试

在图2电路中，取R 1=10k Ω，R f =100k Ω，算出该电路的电压放大倍数A uf 和直流平衡电阻R P 。然后根据R 1、R f 、和R P 的值，安装一个同相比例放大器。

1） 输入U I =1.5V 的直流信号，用万用表测量U O ，判断U O 与U I 的相位关系，并根据下式计算电压放大倍数A uf 。

I

O uf U U A = 将A uf 与理论值比较，判断是否与理论值相符。若误差太大，则必须在运放电路中加装 调零电路，调好零后，才输入直流信号进行测试。

2）输入 f = 1kHz ，U im = 0.2V 的交流信号，用示波器测量输入电压的幅值U im 与输出电压的幅值U om 。判断u i 与u o 的相位关系。并计算电压放大倍数A uf 。

3．电压跟随器

在图2电路中，断开R 1与地的连接线。

1） 输入U I =1.5V 的直流信号，用万用表测量U O ，判断U O 与U I 的相位关系，并根据下式计算电压放大倍数A uf 。

I

O uf U U A = 将A uf 与理论值比较，判断是否与理论值相符。若误差太大，则必须在运放电路中加装 调零电路，调好零后，才输入直流信号进行测试。

2） 输入 f = 1kHz ，U im = 0.2V 的交流信号，用示波器测量输入电压的幅值U im 与输出 电压的幅值U om 。判断u i 与u o 的相位关系。并计算电压放大倍数A uf 。

4．加法器

在图3电路中，取R 1 =10k Ω，R 2 =20k Ω，R f =100k Ω，算出该电路的直流平衡电阻R P 。根据R 1、R f 、和R P 的值，安装一个加法器。

1) 输入U I1 = U I2 =1.5V 的直流信号，用万用表测量U O ，判断U O 与U I1、U I2的相位关系，根据下式计算U O 。