集成运算放大器的运用

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1、第7章集成运算放大器的应用系统7.1基本运算电路7.2电压比较器7.3弛张振荡器上节课回顾1.串联电压负反馈2.并联电流负反馈3.串联电流负反馈4.并联电压负反馈四种组态负反馈的判断方法、特点（稳定变量、对输入输出电阻的影响、特征增益及特征反馈系数）。7.1基本运算电路7.1.1比例运算电路1.反相比例放大器虚地：因为是深度负反馈，所以，则的现象。注意：实质是指同相输入端和反相输入端电位相等，而同相输入端电位又等于零。图7.1.1反相比例放大器(a)电路；(b)闭环传输特性1.闭环增益Auf根据深反馈条件其传输特性如图7.1.1(b

2、)所示，线性动态范围扩大了。2.闭环输入电阻Rif因为反相端虚地，则(7.1.2)3.闭环输出电阻Rof理想运放的输出电阻Ro≈0，施加电压负反馈后的输出电阻进一步减小，所以(7.1.3)2.同相比例放大器如图7.1.2(a)所示虚短：在深度负反馈条件下，集成运放的同相输入端与反相输入端电位相等。为了保证是负反馈，反馈信号必须引到运放的反相输入端。运放的差模输入信号为：因为是串联反馈，所以闭环传输特性如图7.1.2(b)所示。图7.1.3电压跟随器图7.1.2同相比例放大器(a)电路(b)闭环传输特性特点：1.同相且成比例关系；2

3、．Auf≥1；3．若R1开路（或R1→∞）、Rf=0，则Auf=1，称为电压跟随器。如图7.1.3所示。4．因为串联电压负反馈使输入电阻增大，输出电阻减小，所以闭环Rif=∞，Rof=0。7.1.2求和运算电路(Adder)1.反相输入求和电路(InvertingAdder)（1）电路如图7.1.4所示。直流平衡电阻：图7.1.4反相求和运算电路（2）关系式：因为反相端“虚地”(VirtualGround)，若则例1：利用集成运放实现以下求和运算关系：要求对应于各个输入信号来说，电路的输入电阻不小于10KΩ，试确定电路的参数。解：电

4、路如图7.1.4所示，由题可得：又因为各路的输入电阻不小于10KΩ，所以选R2=10KΩ，则Rf=5R2=50KΩR1=Rf=50KΩ2.同相输入求和电路(NoninvertingAdder)1.电路如图7.1.5所示。2.同相端与反相端可视为“虚短路”，即u+=u-图7.1.5同相求和运算电路所以：当R1=R2时，3双端输入求和电路(Subtractor)如图7.1.7所示。可应用叠加原理来计算。①当ui2=0时，为同相比例放大器②当ui1=0时，为反相比例放大器总的输出电压uo为：当R1=R2，R3=Rf时相减器的输出电压与两个

5、输入信号之差成正比。7.1.3积分(Integrator)和微分(Differentiator)运算电路1.积分运算电路积分器能实现积分运算，即输出电压与输入电压的积分成正比。电路如图7.1.10所示。在uC(0)=0时图7.1.10积分运算电路解：在t=0～1ms时间内，输入电压保持+6V不变，输出电压将作线性变化，由0变到-6V，即同理，可求得在t=1～3ms时间内，输出电压将由-6V线性变到+6V，在t=3～4ms时间内，输出电压将由+6V线性变到0。由此可得输出电压波形如图7.1.11(b)所示，已将方波转换成三角波。图7.1.

6、11例7.1.2输入、输出波形2.微分运算电路将积分器的C和R的位置互换，就成了微分器，如图7.1.12所示。图7.1.12微分运算电路输出电压和输入电压的微分成正比。微分器的高频增益大。如果输入含有高频噪声的话，则输出噪声也将很大，而且电路可能不稳定，所以微分器很少有直接应用。在需要微分运算之处，也尽量设法用积分器代替。例如，解如下微分方程：(7—18)一、对数运算电路(Logarithmic)最简单的对数运算电路是将反相比例放大器的反馈电阻Rf换成一个二极管或三极管，如图7.1.13、图7.1.14所示。由图可见:式中，故7.1

7、.4对数和反对数运算电路uo与ui成对数关系图7.1.13对数运算电路存在问题：①ui必须为正；②IS和UT都是温度的函数，运算结果受温度的影响很大改善方法：①用对管消除IS的影响；②用热敏电阻补偿UT的温度影响。如图7.1.15所示。图7.1.15具有温度补偿的对数运算电路图7.1.15中，V1和V2是一对性能参数匹配的晶体管，用以抵消反向饱和电流的影响，RT是热敏电阻，用以补偿UT引起的温度漂移。由图可见:因为V1、V2有匹配对称的特性，所以IS1=IS2，则式(7.1.19)表明，用对管消除了反向饱和电流的不良影响，而且只要选择

8、正温度系数的热敏电阻RT,也可消除UT=kT/q引起的温度漂移，实现温度稳定性良好的对数运算关系。二、反对数(指数)运算电路指数运算是对数的逆运算，在电路结构上只要将对数运算器的电阻和晶体管位置调换一下即