常用运放电路及其各类比较器电路

彭发喜，制作

同相放大电路：

运算放大器的同相输入端加输入信号，反向输入端加来自输出的负反馈信号，则为同相放大器。

图是同相放大器电路图。

因为e1=e2，所以输入电流极小，输入阻抗极高。

如果运算放大器的输入偏置电流，则

e1=e2

放大倍数：

原理图：

反相比例运算放大电路图:

1号图：

2号图：

反相输入放大电路如图1所示，信号电压通过电阻R1加至运放的反相输入端，输出电压vo通过反馈电阻Rf反馈到运放的反相输入端，构成电压并联负反馈放大电路。R ¢为平衡电阻应满足R ¢= R1//Rf。

利用虚短和虚断的概念进行分析，vI=0，vN=0，iI=0，则

即

∴

该电路实现反相比例运算。

反相放大电路有如下特点

1．运放两个输入端电压相等并等于0，故没有共模输入信号，这样对运放的共模抑制比没有特殊要求。

2．vN= vP，而vP=0，反相端N没有真正接地，故称虚地点。

3．电路在深度负反馈条件下，电路的输入电阻为R1，输出电阻近似为零。

运算放大器减法电路原理：

图为运放减法电路

由e1输入的信号，放大倍数为R3/R1，并与输出端e0相位相反，所以

由e2输入的信号，放大倍数为

与输出端e0相位相，所以

当R1=R2=R3=R4时e0=e2-e1

加法运算放大器电路：

加法运算放大器电路包含有反相加法电路和同相加法电路.

同相加法电路:由LF155组成。

三个输入信号同时加到运放同相端，其输入输出电压关系式：

反相加法电路：由运算放大器lm741组成。（lm741中文资料）

反相加法运算电路为若干个输入信号从集成运放的反相输入端引入，输出信号为它们反相按比例放大的代数和。

电压比较器：

图4(a)由运算放大器组成的差分放大器电路，输入电压VA经分压器R2、R3分压后接在同相端，VB通过输入电阻R1接在反相端，RF为反馈电阻，若不考虑输入失调电压，则其输出电压Vout与VA、VB及4个电阻的关系式为：Vout=(1+RF/R1)·R3/(R2+R3)VA-(RF/R1)VB。若R1=R2，R3=RF，则Vout=RF/R1(VA-VB)，RF/R1为放大器的增益。当R1=R2=0(相当于R1、R2短路)，R3=RF=∞(相当于R3、RF开路)时，Vout=∞。增益成为无穷大，其电路图就形成图4(b)的样子，差分放大器处于开环状态，它就是比较器电路。实际上，运放处于开环状态时，其增益并非无穷大，而Vout输出是饱和电压，它小于正负电源电压，也不可能是无穷大。

从图4中可以看出，比较器电路就是一个运算放大器电路处于开环状态的差分放大器电路。

同相放大器电路如图5所示。如果图5中RF=∞，R1=0时，它就变成与图3(b)一样的比较器电路了。图5中的Vin相当于图3(b)中的VA。

滞回电压比较器：

滞回比较器又称施密特触发器,迟滞比较器。这种比较器的特点是当输入信号ui逐渐增大或逐渐减小时，它有两个阈值，且不相等，其传输特性具有“滞回”曲线的形状。

滞回比较器也有反相输入和同相输入两种方式。

UR是某一固定电压，改变UR值能改变阈值及回差大小。

以图4(a)所示的反相滞回比较器为例，计算阈值并画出传输特性

仪表放大器电路

目前，仪表放大器电路的实现方法主要分为两大类：第一类由分立元件组合而成；另一类由单片集成芯片直接实现。根据现有元器件，分别以单运放LM741和OP07，集成四运放LM324和单片集成芯片AD620为核心，设计出四种仪表放大器电路方案。

方案1 由3个通用型运放LM741组成三运放仪表放大器电路形式，辅以相关的电阻外围电路，加上A1，A2同相输入端的桥式信号输入电路，如图2所示。

图2中的A1～A3分别用LM741替换即可。电路的工作原理与典型仪表放大器电路完全

相同。

方案2 由3个精密运放OP07组成，电路结构与原理和图2相同（用3个OP07分别代替图2中的A1～A3）。

方案3 以一个四运放集成电路LM324为核心实现，如图3所示。它的特点是将4个功能独立的运放集成在同一个集成芯片里，这样可以大大减少各运放由于制造工艺不同带来的器件性能差异；采用统一的电源，有利于电源噪声的降低和电路性能指标的提高，且电路的基本工作原理不变。

图4 滞回比较器及其传输特性

(a)反相输入；(b)同相输入

1，正向过程

正向过程的阈值为

形成电压传输特性的abcd段

2，负向过程

负向过程的阈值为

形成电压传输特性上defa段。由于它与磁滞回线形状相似，故称之为滞回电压比较器。

利用求阈值的临界条件和叠加原理方法，不难计算出图4(b)所示的同相滞回比较器的两个阈值

两个阈值的差值ΔUTH=UTH1–UTH2称为回差。

由上分析可知，改变R2值可改变回差大小，调整UR可改变UTH1和

UTH2，但不影响回差大小。即滞回比较器的传输特性将平行右移或左移，滞回曲线宽度不变。

图5 比较器的波形变换

(a)输入波形；(b)输出波形

例如，滞回比较器的传输特性和输入电压的波形如图6(a)、(b)所示。根据传输特性和两个阈值(UTH1＝2V, UTH2=–2V)，可画出输出电压uo 的波形，如图6(c)所示。从图(c)可见，ui在UTH1与UTH2之间变化，不会引起uo的跳变。但回差也导致了输出电压的滞后现象，使电平鉴别产生误差。

图6 说明滞回比较器抗干扰能力强的图(a)已知传输特性；(b)已知ui 波形；(c)根据传输特性和ui波形画出的uo波形