集成运算放大器的基本应用

第7章集成运算放大器的基本应用

7.1集成运算放大器的线性应用

7.1.1比例运算电路

7.1.2加法运算电路

7.1.3减法运算电路

7.1.4积分运算电路

7.1.5微分运算电路

7.1.6电压—电流转换电路

7.1.7电流—电压转换电路

7.1.8有源滤波器

*7.1.9精密整流电路

7.2 集成运放的非线性应用

7.2.1单门限电压比较器

7.2.2滞回电压比较器

7.3 集成运放的使用常识

7.3.1 合理选用集成运放型号

7.3.2 集成运放的引脚功能

7.3.3 消振和调零

7.3.4 保护

本章重点:

1. 集成运算放大器的线性应用：比例运算电路、加减法运算电路、积分微分运算电路、一阶有源滤波器、二阶有源滤波器

2. 集成运算放大器的非线性应用：单门限电压比较器、滞回比较器

本章难点:

1. 虚断和虚短概念的灵活应用

2. 集成运算放大器的非线性应用

3. 集成运算放大器的组成与调试

集成运算放大器(简称集成运放)在科技领域得到广泛的应用，形成了各种各样的应用电路。从其功能上来分，可分为信号运算电路、信号处理电路和信号产生电路。从本章开始和以后的相关章节分别介绍它们的应用。

7.1 集成运算放大器的线性应用

集成运算放大器的线性应用

7.1.1 比例运算电路

1. 同相比例运算电路

(点击查看大图)反馈方式：电压串联负反馈

因为有负反馈，利用虚短和虚断

虚短: u-= u+= u i

虚断: i

+=i

i-

=0 ， i

1

=i f

电压放大倍数:

平衡电阻R=R f//R1

2. 反相比例运算

(点击查看大图)反馈方式：电压并联负反馈

因为有负反馈，利用虚短和虚断

i

-

=i+= 0（虚断）

u

+

=0，u－=u+=0（虚地）

i

1

=i f

电压放大倍数:

例题：R1=10kΩ , R f=20kΩ , u i =-1V。求:u o、R i。说明R0的作用，R0应为多大？

(点击查看大图)

解：

R0为平衡电阻(使输入端对地的静态电阻相等):R0=R1//R f

=u+=0）

特点：共模输入电压=0，（u

－

缺点：输入电阻小（R i=R1）

7.1.2 加法运算电路

(点击查看大图)

i-=i+= 0（虚断）

u+ =0，u－=u+=0（虚地）

i1 + i2= i f

若R1 =R2 =R,

平衡电阻:R0= R1// R2//R f

【例】在上图电路中，设R1=220kΩ，运放的最大输出电压U OPP=±12V ，电路的输出电压为u o=-(10u i1+22u i2)。

(1) 确定R1、R2和R’的阻值；

(2) 若u i2=0.5V ，求u i1的允许变化范围。

解: 由

得

(2)由于该运放的V opp=±12V ，因此必须满足

所以

7.1.3减法运算电路

(点击查看大图)根据叠加定理

u

i1

作用：

u

i2

作用：

综合：

当R

1=R

2

=R

3

=R

f

=R时

则有：

7.1.4积分运算电路

(点击查看大图)

=直流电压U，输出将反相积分，经过一定的时间后输出饱反相积分器：如果u

i

和。

上式表明输出电压与积分时间t近似成线性关系，且是一条起始电压为零，终点电压为的斜率为的直线，波形如下图(a)所示。

当输入为方波信号时，输出则为三角波；当输入为正弦信号时，输出则为余弦波信号，输出波形分别如下图(b)、(c)所示。

(点击查看大图)

为限制电路的低频电压增高，通常将反馈电容C与电阻并联，当电路输入信号频

率大于时，电路为积分器。若输入信号的频率远低于，则电路近似为一个反相器，低频电压增益为

(7-8)

7.1.7 电流—电压转换电路

在光电检测装置中，需要把光电池输出的微弱电流转换成与之成正比的电压，这时就需要用到电流—电压转换电路。

U o= -i

·R f = -i1R f

f

(点击查看大图)

7.1.8 有源滤波器

滤波器的功能：对频率进行选择,过滤掉噪声和干扰信号，而保留其有用信号。滤波器的分类：低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BEF）。

(点击查看大图)

【flash动画演示】

1．一阶有源低通滤波器(LPF)

(点击查看大图)

2.一阶有源高通滤波器(HPF)

(点击查看大图)传递函数:

幅频特性：

其中

幅频特性曲线

(点击查看大图) 3.二阶有源低通滤波器(LPF)

(点击查看大图)

幅频特性曲线

以上两式表明，当21，在 f=f0处的电压增益将大于A up，幅频特处将抬高。

性在 f=f

≥3时，Q =∞，有源滤波器自激。由于将C1接到输出端，等于在高频端给当A

up

LPF加了一点正反馈，所以在高频端的放大倍数有所抬高，甚至可能引起自激。