运放基本计算

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不超出线性范围。

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8.4

3）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R 1→∞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 =k

1

v

s1

+k

2

v

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

=i

1

+i

2

+…)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