运算放大器基本原理及应用

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 r i =∞；输出阻抗 r o=0；带宽 f BW=∞；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r i=∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即I IB＝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：为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻R’＝R1 )U(URRUi1i21fOf321'//////RRRRR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11i1fOURRUi1fO)URR(1U33f22f11f0iiiURRURRURRUcibiaiRURURURU321f022114433f0RURURURURUiiii00101tcttiudtuRCu所示 : 图 11 微分电路图Ru0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...