模拟电子线路(模电)运放运算电路资料

例 在图示电路中，已知R1=100kΩ， Rf=200kΩ ， R2=100kΩ， R3=200kΩ ， ui=1V，求输出电压uo。
解 根据虚断，由图可得：
Rf
u

R1 R1 R f
uo
Δ
R1
∞
－
R2
+
uo
u

R3 R2 R3
ui
ui
+ R3
Rf
Δ
R1
∞
－
又根据虚短，有：u u
法器的系数都是负值，因此需加一级变号运算电路。
R1 Ui1
R2 Ui2
R3 Ui3
Rf1
Rf2
－ ∞＋
－∞
Uo1 R4
＋
Uo
＋
＋
R′1＝R1∥R2∥R3∥Rf1
R′2＝R4∥Rf2
输出电压和输入电压的关系如下：
Uoi


Rf1 R1
U
i1


Rf1 R2
Ui
2


Rf1 R3
Ui
3
Uo


Rf 2 R4
（二）减法器
1、利用加法器 ui2-ui1 = ui2+(-ui1)
倒相器（-1）
uo

( Rf R1
ui1

Rf R2
ui2 )
uo

( Rf R1
ui1

Rf R2
(ui2 ))

Rf R2
ui2

Rf R1
ui1
（二）减法器
2、差动减法器 叠加定理
ui1作用
uo1


Rf R1
ui1
Uo1

(
Rf1 R1
Ui1

Rf1 R2
Ui
2

Rf1 R3
Ui
3
)
Rf 2 R4
Rf1/R1=2、Rf1/R2=5、Rf11/R3=1
取Rf1=Rf2=R4=10kΩ，
则
R1 ＝ 5kΩ ， R2 ＝ 2kΩ ， R3=10kΩ ， R′1=R1∥R2∥R3∥Rf1，R′2=R4∥Rf2=Rf2/2。
集成运放运算电路
1 比例运算电路 2 加法与减法电路 3 积分与微分电路 4 对数与指数电路 5 基本应用电路
一. 比例运算电路
“虚短”与“虚
1. 反相比例运算电路 断”
uI u u uo
R1
RF
u u 0
uo


RF R1
uI
当RF R1时 uo uI
ui2作用
uo2

(1
Rf R1
)
R' R' R2
ui2
综合：
uo


Rf R1
ui1
(1
Rf R1
)
R' R' R2
ui2
uo


Rf R1
(ui1
ui2)

Rf R1
(ui2
ui1)
若 Rf R' R1 R2
例 设计运算电路。要求实现y=2X1+5X2+X3的运算。
解:电路模式为Uo=2Ui1+5Ui2+Ui3，是三个输入信号的加 法运算。各个系数由反馈电阻Rf与各输入信号的输入电阻 的比例关系所决定。由于式中各系数都是正值，而反相加
倒相器
2. 同相比例运算电路
i i 0
u

R1
R1 RF
uo
u u uI
uo

(1
RF R1
)uI
或 : uo 1 RF
uI
R1
“虚短”与“虚断”
当: RF 0或R1 uo uI
电压跟随器
例 在图示电路中，已知R1=100kΩ， Rf=200kΩ ，ui=1V，求输 出电压uo，并说明输入级的作用。
三. 积分和微分电路
1. 积分运算电路
积分运算电路
根据虚地有i ui ，于是 R
=R3∥R4∥Rf2/2。
由于两级电路都是反相输入运算电路，故不存 在共模误差。
例：电路如，求输出电压 Uo。
解：
U o1


R3 R2
U i1

0.5U i1
Uo2 Ui2
又
R4 // R5 R6 // R7
所以
Uo


R5 R4
U o1

R5 R6
U o2

2.5U i1
5U i2
二. 加法和减法电路
1.加法电路
(1)反相加法器
方法一：“虚短”+ “虚断”
i 0 i1 i2 i3 iF u u 0 u1 u2 u3 uo
R1 R2 R3 RF

uo


RF R1
u1

RF R2
u2

RF R3
u3
Rf
Δ Δ
∞
－
R1
∞
ui
+
+ uo1
R2
－ +
uo
+
解 输入级为电压跟随器，由于是电压串联负反馈，因
而具有极高的输入电阻，起到减轻信号源负担的作用。且
u o1 ui 1 V ，作为第二级的输入。
第二级为反相输入比例运算电路，因而其输出电压为：
uo
Rf R1
u o1
200 1 2 (V) 100
u1 u R1'

u2 u R2 '

u3 u R3'

u R'

u

RP R1'
u1

RP R2 '
u2

RP R3'
u3
其中RP R1' R2' R3' R'

uo
1
RF R1

RP R1'
wenku.baidu.comu1

RP R2'
u2

RP R3'
u3

平衡电阻 R’= R1 // R2 //R3 //RF
方法二：叠加定理
uo


RF R1
u1

RF R2
u2

RF R3
u3
当R1 R2 R3 R

uo


RF R
(u1
u2
u3)
（2）同相加法电路
由同相比例运算电路得： 由“虚断”得：
uo

1
RF R1
u
例 设计一个加减法运算电路，使其实现数学运算， Y=X1+2X2-5X3-X4。
R1 Ui1
R2 Ui2
Rf1
Ui3
R3
－ ∞＋ ＋
Rf2
Uo1 R4
Ui4 ′ R1＝R1∥R2∥Rf1
Rf2
－∞
＋
Uo
＋
R′2＝R3∥R4∥
Rf2 2
加减法运算电路
解 此题的电路模式应为Uo=Ui1+2Ui2-5Ui3-Ui4，利 用两个反相加法器可以实现加减法运算。
ui
R2
+ +
uo
所以：
R3
R1 R1 R f
uo

R3 R2 R3
ui
uo
1
Rf R1

R3 R2 R3
ui
可见图 4-6 所示电路也是一种同相输入比例 运算电路。代入数据得：
uo
1
200 200 100 100 200
1
2 (V)
Uo1


Rf1 R1
Ui1

Rf1 R2
Ui2
Uo


Rf 2 Rf 2
Uo1

Rf 2 R3
Ui3

Rf 2 R4
Ui4

Rf1 R1
U
i1

Rf1 R2
U
i
2

Rf 2 R3
Ui3

Rf 2 R4
Ui4
如果取Rf1=Rf2=10kΩ，则R1＝10kΩ，R2＝5kΩ ， R3 ＝ 2kΩ ， R4 ＝ 10kΩ ， R′1=R1∥R2∥Rf1 、 R′2