4.4集成运放的应用(课件）-高二《电子技术基础与技能》同步教学（电子工业版）

集成运放的应用 1. 线性应用 由集成运放构成的电路通过外接电路引入不同的反馈时，可实现反相比例、同相比例、加法、减法、积分、微分、对数及指数等运算。对模拟量进行上述运算时，要求输出信号必须反映输入信号的某种运算结果，这就要引入深度负反馈使集成运放成闭环状态并且工作于线性区，可构成模拟信号运算放大电路、正弦波振荡电路和有源滤波电路等。 （1） 反相比例运算电路 输入信号从反相输入端输入时，输出信号与输入 信号相位相反，这样的集成运放电路为反相输入比例 运算电路，如图所示。 四 集成运放的应用 1. 线性应用 同相输入端通过电阻RP接地，平衡电阻RP的作用是消除静态电流对输出电压的影响，需符合平衡关系RP=R1∥Rf，即RP是R1和Rf的并联等效值，输入电压 uI经过输入电阻R1作用于反相输入端上，反馈电阻Rf跨接在输出端和反相输入端之间，由于Rf可以将输出信号u O引回到输入端，所以称为反馈通路，且Rf引入的是负反馈。电路的同相输入端接地，又根据运放工作在线性区的两条分析依据“虚断”和“虚短”的概念可得：RP上无电流而各点等电位，因此U+ =0， U-≈U+=“地”电位0，也就是说反相输入端虽并未真正接地，却也接近于地电位，这种现象称为“虚地”；i -=0，i 1=i f，故有 四 集成运放的应用 1. 线性应用 式（4-1）表明，输出电压与输入电压是比例关系，∣A f∣就是比例系数，反相比例运算电路的闭环增益是电阻Rf与电阻R1的比值，电路的电压放大倍数由外围电阻决定，而与运放本身的参数无关，这就保证了放大倍数的精确和稳定性，式中的负号表示输出电压u O与输入电压uI相位相反，当R1=Rf时，Af=-1，u O=-uI，即输出电压与输入电压大小相等，极性相反，此时运放作一次变号运算，具有此特征的反相比例运算电路称为反相器。 （2） 同相比例运算电路 如果输入信号从同相输入端引入，输出信号与输入信号 相位相同，这样的集成运放电路为同相输入比例运算电 路，如图所示。 四 集成运放的应用 1. 线性应用 根据“虚断”可知：RP上各点等电位，i +=0， i 1=i f，同相输入端电位U+= uI。由“虚短”又可得到：U-≈U+ =uI，显然，无反馈信号时，同相比例运算电路的两输入端如同加了一对共模信号，净输入电压 ud = U+ -U-≈0，电路无输出。当存在反馈通道时，由“虚断”i -=0，根据u O→Rf→R1→地回路可得Rf和R1构成串联后对u O分压，使反相输入端电位U-发生变化，反馈量为R1上电压u1，U-= u1，从输出端看，取自于输出电压u O，故电路为电压反馈。U-的变化改变了净输入电压ud（ud= U+- U-），在输入端，输入电压uI、反馈电压u1和净输入电压ud三者以电压求和形式出现uI = u1+ ud，故电路为串联反馈，因此图4.13典型同相比例运算电路的反馈类型是电压串联负反馈。综上可得 四 集成运放的应用 1. 线性应用 式（4-2）表明，同相比例运算电路输出电压与输入电压也是比例关系，电路的闭环电压放大倍数即比例系数Af≥1，为正值，表示输出电压与输入电压同相，输出必然大于输入。Af与集成运放本身的参数无关，仅由外接电阻的数值决定，只要电阻值足够精确，就可保证放大倍数的精度和稳定性。当接地端支路电阻R1 =∞或反馈支路电阻Rf =0（相当于输出与反相端电位短接）时，u O=uI，Af=1，这时输出电压跟随输入电压做相同的变化，这种输出总是等于输入的同相比例运算电路称之为电压跟随器。 四 集成运放的应用 1. 线性应用 （3）加法运算电路 反相比例运算电路的基础上，在反相输入端增加一条或几条输入支路，就可以对多个输入信号实现代数求和运算，即构成了反相加法运算电路，又称为反相加法器。下图是反相端具有两个输入电压的反相加法运算电路。若是同相比例运算电路的基础上，在同相输入端增加若干条输入支路，便可构成同相加法运算电路，又称为同相加法器。一般反相加法器的性能较好，应用较多，下面主要分析反相加法运算电路。 四 集成运放的应用 1. 线性应用 （3）加法运算电路 由“虚断”，i -=0，i f= i 1 + i 2， U+=0，又由“虚短”，U-≈U+=0（“虚地”），故有 四 式（4-3）表明，电路实现了输出对输入的反相求和，输出电压与两个输入电压之间是反相加法运算关系，这种运算关系适用于有更多输入信号的情况。 集成运放的应用 1. 线性应用 （4）减法运算