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运算放大器基本原理及应用 一． 原理 (一） 运算放大器 1.原理 运算放大器是目前应用最广泛的一种器件,当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。 运算放大器一般由4个部分组成，偏置电路，输入级，中间级，输出级。 图1运算放大器的特性曲线 图2运算放大器输入输出端图示 图1是运算放大器的特性曲线，一般用到的只是曲线中的线性部分。如图2所示。U-对应的端子为“-”，当输入U-单独加于该端子时，输出电压与输入电压U-反相，故称它为反相输入端。U+对应的端子为“＋”，当输入U+单独由该端加入时，输出电压与U+同相，故称它为同相输入端。 输出：U0= A(U+-U-) ； A称为运算放大器的开环增益（开环电压放大倍数）。 在实际运用经常将运放理想化，这是由于一般说来，运放的输入电阻很大，开环增益也很大，输出电阻很小，可以将之视为理想化的，这样就能得到:开环电压增益Aud=∞；输入阻抗ri=∞；输出阻抗ro=0；带宽fBW=∞；失调与漂移均为零等理想化参数。 2.理想运放在线性应用时的两个重要特性 输出电压UO与输入电压之间满足关系式：UO＝Aud（U+－U－）,由于Aud=∞，而UO为有限值，因此，U+－U－≈0。即U+≈U－，称为“虚短”。 由于ri=∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即IIB＝0，称为“虚断”,这说明运放对其前级吸取电流极小。 上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。 3. 运算放大器的应用 (1)比例电路 所谓的比例电路就是将输入信号按比例放大的电路，比例电路又分为反向比例电路、同相比例电路、差动比例电路。 (a) 反向比例电路 反向比例电路如图3所示，输入信号加入反相输入端: 图3反向比例电路电路图 对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为： R为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在fUOUiR同相输入端应接入平衡电阻’＝RR1 UO(1fR)Ui1 R1 Ui3Ui4Ui1Ui2 U0RfRRRR3412果电路输入的电压波形是方形，则产生三角波形输出。 (b)微分电路 1u0uidtuct0微分是积分的逆运算，它的输出电压与输入电压呈微分关系。电路如图11所示: RCt0t1图11 微分电路图u0R 它的输入、输出电压的关系为： (4) 对数和指数运算电路 (a)对数运算电路 对数运算电路就是是输出电压与输入电压呈对数函数。我们把反相比例电路中Rf用二极管或三级管代替级组成了对数运算电路。电路图如图12所示： 图12 对数运算电路 它的输入、输出电压的关系为（也可以用三级管代替二极管）: (b)指数运算电路 指数运算电路是对数运算的逆运算,将指数运算电路的二极管(三级管)与电阻R对换即可。电路图如13所示: 图13 指数运算电路 非线性运算电路。 ui利用对数和指数运算以及比例，和差运算电路，可组成乘法或除法运算电路和其它u0ISReur它的输入、输出电压的关系为： (二)无源滤波电路 滤波电路的作用：允许规定范围内的信号通过；而使规定范围之外的信号不能通过。滤波电路的分类： *低通滤波器：允许低频率的信号通过，将高频信号衰减； *高通滤波器：允许高频信号通过，将低频信号衰减； *带通滤波器：允许一定频带范围内的信号通过，将此频带外的信号衰减； *带阻滤波器：阻止某一频带范围内的信号通过，允许此频带以外的信号衰减； 仅由无源元件（电阻、电容、电感）组成的滤波电路，为无源滤波电路。它有很大的缺陷如： 本文来源：https://www.dywdw.cn/b9d8056e743231126edb6f1aff00bed5b9f3732d.html
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2023-02-26
