模拟电子技术 第4章 集成运算放大器的应用

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1、124.1.1 比例运算电路比例运算电路作用：作用：将信号按比例放大。将信号按比例放大。类型：类型：同相比例放大和反相比例放大。同相比例放大和反相比例放大。电路结构：电路结构：引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这 样放大倍数与运放本身无关，只与反馈系数即外部样放大倍数与运放本身无关，只与反馈系数即外部元件有关。元件有关。4.1 信号运算电路信号运算电路30uui1= i221RuRuoi121RRuuAou1）放大倍数）放大倍数虚短虚短虚断虚断1.反相比例运算电路反相比例运算电路结构特点：结构特点：负反馈引到反相输入端，负反馈引到反相输入端，信号

2、从反相端输入。信号从反相端输入。电压并联负反馈电压并联负反馈uo_+ + R2R1RPuii1i2总电流总电流反馈电流反馈电流净输入电流净输入电流42）电路的输入电阻）电路的输入电阻ri=R1平衡电阻平衡电阻-使输入端对地的静使输入端对地的静态电阻相等，保证静态时输入态电阻相等，保证静态时输入级的对称性。级的对称性。RP =R1 / R2uo_+ + R2R1RPuii1i2 为保证一定的输入为保证一定的输入电阻，当放大倍数大时，电阻，当放大倍数大时，需增大需增大R2，而大电阻的，而大电阻的精度差，因此，精度差，因此，在放大在放大倍数较大时，该电路结倍数较大时，该电路结构不再适用。构不再适用。

3、RP=R1/R25电位为电位为0，虚地，虚地 输出电阻小；共模电压为输出电阻小；共模电压为 0；“虚地虚地”是反相输入的特点。是反相输入的特点。_+ + R2R1RPuii1i23）反馈方式）反馈方式电压并联负反馈电压并联负反馈输出电阻很小，输出电阻很小，输入电阻也不大。输入电阻也不大。6反相比例电路的特点反相比例电路的特点1） 共模输入电压为共模输入电压为0，因此对运放的共模抑制比要求低。，因此对运放的共模抑制比要求低。2） 由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。接近恒压源。因此带负载能力强。接近恒压源。3） 由于并联负反馈

4、的作用，输入电阻小，因此从信号由于并联负反馈的作用，输入电阻小，因此从信号源取的电流较大。对信号源要求较高。源取的电流较大。对信号源要求较高。5） 在放大倍数较大时，该电路结构不再适用在放大倍数较大时，该电路结构不再适用 。4）输入和输出反相。）输入和输出反相。72.同相比例运算电路同相比例运算电路_+ + R2R1RPuiuou-= u+= ui12RuRuuiioiouRRu)1 (12反馈方式：反馈方式：电压串联负反馈，输入电阻高。电压串联负反馈，输入电阻高。1211RRuuAou虚短虚短虚断虚断结构特点：结构特点：负反馈引到反相输负反馈引到反相输入端，信号从同相端输入。入端，信号从同相

5、端输入。udiuf8同相比例电路的特点同相比例电路的特点3）共模输入电压为）共模输入电压为ui，因此对运放的共模抑制比要求高，因此对运放的共模抑制比要求高。1）由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是）由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。因此带负载能力强。2）由于串联负反馈的作用，输入电阻大。）由于串联负反馈的作用，输入电阻大。4）输入与输出同相，放大倍数大于等于）输入与输出同相，放大倍数大于等于 1。9_+ + uiuoiouuuu此电路是此电路是电压串联负反馈电压串联负反馈，输入电阻大，输出电阻小，输入电阻大，输出电阻小，在电路中作用与分立元件的射极输出器相同

6、，但是电压跟在电路中作用与分立元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。随性能好。3. 电压跟随器电压跟随器结构特点：结构特点：输出电压全部引输出电压全部引到反相输入端，信号从同相到反相输入端，信号从同相端输入。端输入。电压跟随器是同相电压跟随器是同相比例运算放大器的特例。比例运算放大器的特例。104.1.2 加法和减法运算电路加法和减法运算电路作用：作用：将若干个输入信号将若干个输入信号之和之和或或之差之差按比例放大。按比例放大。类型：类型：同相加法与反相加法。同相加法与反相加法。电路结构：电路结构：引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出电

7、压与运放的开环放大倍数无关，与输入电样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。压和反馈系数有关。111.1.反相加法运算反相加法运算R12_+ R2R11ui2uoRPui1 实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。不同的需要。FPR/R/RR1211120uuFiii1211)(21221112iiouRRuRRui12iFi11R12_+ R2R11ui2uoRPui1可用叠加原理可用叠加原理虚地虚地132. 同相加法运算同相加法运算 实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，实际应用时可适当增加或减少输入端

8、的个数，以适应不同的需要。以适应不同的需要。22211R/RR/RF_R1RF+ui1uoR21R22ui214先求先求 u+ 与输出关系与输出关系 ，则有：，则有：uRRuFo)1 (1-R1RF+ui1uoR21R22ui2u+ 与与 ui1 和和 ui2 的关系如何的关系如何？)(1 (212111111211121iiFouRRRuRRRRRu流入运放输入端的电流为流入运放输入端的电流为0（虚断）（虚断）22221211222122iiuRRRuRRRu叠加原理叠加原理15-R1RF+ui1uoR21R22ui2R 左图也是同相求和运算电路，左图也是同相求和运算电路，如何求同相输入端的

9、电位？如何求同相输入端的电位？提示：提示：1. 虚断：流入同相端的电流为虚断：流入同相端的电流为0。2. 节点电位法求节点电位法求u+。u+16_+ + R2R1R1ui2uoR2ui1 uu112RuuRuuio212RuRuui)(1212iiouuRRu解出：解出：3. 减法运算电路：双端输入差动放大器减法运算电路：双端输入差动放大器17_+ + R2R1R1ui2uoR2ui1差动放大器放大了两个信号的差，实现了差动放大器放大了两个信号的差，实现了减法运算减法运算。该电路的特点：该电路的特点： 由于采用双端差动输入，由于采用双端差动输入，故具有高共模抑制比；故具有高共模抑制比； 但是由

10、于有并联负反馈存但是由于有并联负反馈存在，故它的输入电阻不高。在，故它的输入电阻不高。18减法运算减法运算用叠加原理求解用叠加原理求解反相比例运算反相比例运算_+ + R2R1R1ui2uoR2ui1211oiRuuR 19同相比例运算同相比例运算22021121iRRu()uRRR_+ + R2R1R1ui2uoR2ui12o1(1)RuuR20ooouuu)u(uRRuRRR)RR(uRRuiiii1212221212112012o11iRuuR _+ + R2R1R1ui2uoR2ui1减法运算减法运算用叠加原理求解用叠加原理求解22021121iRRu()uRRR21)(1212iio

11、uuRRu)u(uuii120取取R2=R1减法电路既可以得到两个信号的差，又放大两个信号的差。减法电路既可以得到两个信号的差，又放大两个信号的差。(5)(5)减法运算减法运算22例例 ： A/D变换器要求其输入电压的幅度为变换器要求其输入电压的幅度为0 +5V，现有信号，现有信号变化范围为变化范围为-5V+5V。试设计一电平抬高电路，将其变。试设计一电平抬高电路，将其变化范围变为化范围变为0+5V。+5V-5V+5V+2.5V电平抬高电路电平抬高电路A/D计算机计算机uiuouo = 0.5ui+2.5 （ V）实现此功能实现此功能的方法很多的方法很多23uo =0.5ui +2.5 V =