第5章 集成运算放大器的线性应用

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1、第5章集成运算放大器的线性应用5.1比例运算电路5.2加减运算电路5.3积分运算和微分运算电路5.4有源滤波器5.5电压比较电路本章小结5.1比例运算电路5.1.1反相比例运算电路反相比例运算电路又称反相比例放大电路，如图5.1所示。当时，有，称为“反相器”。其闭环电压放大倍数（即闭环增益）为由于图5.1所示电路构成深度电压并联负反馈，，因此反相比例运算电路的输入电阻为而运算电路的输出电阻为下一页5.1比例运算电路5.1.2同相比例运算电路同相比例运算电路又称为同相比例放大电路，如图5.2所示。闭环电压放大倍数为特别地，当时，有，称为“电压跟随器”，

2、如图5.3所示。由于图5.2所示电路构成深度电压串联负反馈，因此同相比例集成电路的输入电阻和输出电阻分别为下一页上一页5.1比例运算电路5.1.3差分比例运算电路将反相比例运算电路和同相比例运算电路结合起来，就构成了差模输入方式的差分比例运算电路，如图5.5所示。式表明：集成运放理想且外接元件参数满足特定条件时，差分运算放大器只对差模信号实现运算，输出无共模分量，且闭环增益由外接电阻Rf、R1、R2、R3决定。三种比例运算电路的电路结构、性能特点的比较见表5.1。上一页下一页5.1比例运算电路5.1.4AD522精密单片集成测量放大器及其应用1.引脚

3、排列图与原理电路图美国AD公司的AD522（同类型代换芯片有AD521、AD612）是单片集成测量放大器，整个测量放大器集成在一块芯片上，然后封装起来。AD522的引脚封装图与电原理图分别如图5.6（a）、（b）所示。第一、二级放大电路总的闭环电压放大倍数为下一页上一页5.1比例运算电路5.1.4AD522精密单片集成测量放大器及其应用2.AD522在电子秤中的应用电子秤中的称重传感器的敏感元件通常由粘贴在S形弹性钢块上的四片应变电阻片构成，其转换电路通常由测量电桥构成，其小信号放大器通常首选高性能的集成运放AD522，如图5.7所示。放大器的输出电

4、压为3.AD522的主要性能参数AD522的主要性能参数见表5.2。返回上一页5.2加减运算电路5.2.1反相输入求和电路反相输入求和运算电路如图5.8所示。输出电压uo的表达式为当Rf=R1=R2=R3，有在反相求和运算电路中，当改变其中一路输入信号源的大小或一路输入电阻时，并不影响其余各路信号所对应的输出值。下一页5.2加减运算电路5.2.2同相输入求和电路同相输入求和电路如图5.9所示。当调节某一回路电阻以达到给定的关系时，其他各路输入电压与输出电压之间的比值也将随之变化，常常需要反复调节才能将参数值最后确定，估算和调试的过程比较麻烦。此外，由

5、于图5.9电路不存在“虚地”现象，集成运放所承受的共模输入电压也比较高，因此在实际应用电路中，同相求和电路的应用不如反相求和电路那样广泛。下一页上一页5.2加减运算电路5.2.3减法运算电路减法运算电路如图5.10所示，它由反相输入加法运算电路和反相比例运算电路级联而成。反相输入结构的减法电路，由于存在“虚地”，输入端没有共模信号，因此，允许ui2、ui2的共模电压范围较大，且输入阻抗较低。在电路中，为了减小温漂，提高运算精度，同相输入端需要接直流平衡电阻。上一页下一页5.2加减运算电路5.2.4加减运算电路将反相比例运算电路和同相比例运算电路组合起

6、来，即可构成加减运算电路，如图5.11所示。在R1=R2=Rp3=Rp4=R时，则有由上式知，图5.11所示电路的输出电压与输入电压的和、差成比例运算关系，故该电路称为“加减运算电路”。上一页返回5.3积分运算和微分运算电路5.3.1积分运算电路将反相比例运算电路的反馈电阻Rf用电容器C替换后，便成为积分运算电路，如图5.13所示。上式表明：图5.13所示电路的输出电压uo与输入电压ui对时间的反相积分成正比，RC称为积分时间常数。当输入端加入阶跃信号时，若t=0时，电容器两端的电压uC(t)=uC(0)=0，则可得ui、uo的波形分别如图5.14（

7、a）、（b）所示。当输入信号为方波和正弦波时，图5.13电路输入、输出波形分别如图5.15（a）、（b）所示。下一页5.3积分运算和微分运算电路5.3.2微分运算电路微分是积分的逆运算，将图5.13所示的积分电路中的电阻和电容元件位置互换即为微分运算电路，如图5.16所示。一种经过改进的实用的微分电路如图5.17所示。微分电路除了用于微分运算外，在电子技术中还可用于波形变换，如图5.18所示。上一页返回5.4有源滤波器滤波器的作用是允许一定频率范围内的有用信号顺利通过，而抑制或削弱无用频率成分，简称为“滤波”。按照滤波电路的工作频带来划分，可分为低通

8、滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）和带阻滤波器（BEF）。四种滤波电路的幅频特性如