运算放大器的应用电路 运算放大器的应用电路设计 pdf
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电路入门之——运算放大器
运算放大器是一种可以进行数学运算运算放大器的应用电路的放大电路。运算放大器不仅可以通过增大或减小模拟输入信号来实现放大，还可以进行加减法以及微积分等运算。所以，运算放大器是一种用途广泛，又便于使用的集成电路。
如图1所示，运算放大器的电路符号有正相输入端Vin(+)和反相输入端Vin(-)两个输入引脚，以及一个输出引脚Vout。实际上运算放大器还有电源引脚(+电源、-电源)和偏移输入引脚等，在电路符号上没有表示出来。
运算放大器的主要功能是以高增益放大、输出2个模拟信号的差值。运算放大器的应用电路我们将放大2个输入电压差的运放称为差动放大器。当Vin(+)电压较高时，正向放大输出。当Vin(-)电压较高时，负向放大输出。此外，运算放大器还具有输入阻抗极大和输出阻抗极小的特征。即使输入信号的差很小，由于运算放大器有极高的放大倍数，所以，也会导致输出最大或最小电压值。因此，常常要加负反馈后使用。下面让我们来看一个使用运算放大器的应用电路了负反馈的放大器电路。
如图2所示，反相放大器电路具有放大输入信号并反相输出的功能。“反相”的意思是正、负号颠倒。这个放大器应用了负反馈技术。所谓负反馈，即将输出信号的一部分返回到输入，在图2所示电路中，象把输出Vout经由R2连接(返回)到反相输入端(-)的连接方法就是负反馈。
我们来看一下这个反相放大器电路的工作过程。运算放大器具有以下特点，当输出端不加电源电压时，正相输入端(+)和反相输入端(-)被认为施加了相同的电压，也就是说可以认为是虚短路。所以，当正相输入端(+)为0V时，A点的电压也为0V。根据欧姆定律，可以得出经过R1的I1=Vin/R1。另外，运算放大器的输入阻抗极高，反相输入端(-)中基本上没有电流。因此，当I1经由A点流向R2时，I1和I2电流基本相等。由以上条件，对R2使用欧姆定律，则得出Vout=-I1×R2。I1为负是因为I2从电压为0V的点A流出。换一个角度来看，当反相输入端(-)的输入电压上升时，输出会被反相，向负方向大幅度放大。由于这个负方向的输出电压经由R2与反相输入端相连，因此，会使反相输入端(-)的电压上升受阻。反相输入端和正相输入端电压都变为0V，输出电压稳定。
那么我们通过这个放大器电路中输入与输出的关系来计算一下增益。增益是Vout和Vin的比，即Vout/Vin=(-I1×R2)/(I1×R1)=-R2/R1。所得增益为-表示波形反相。在这个算公式中需要特别注意的地方是，增益仅由R1和R2电阻比决定。也就是说。我们可以通过改变电阻容易地改变增益。在具有高增益的运算放大器上应用负反馈，通过调整电阻值，就可以得到期望的增益电路。
与反相放大器电路相对，图3所示电路叫做正相放大器电路。与反相放大器电路最大的不同是，在正相放大器电路中，输入波形和输出波形的相位是相同的，以及输入信号是加在正相输入端(+)。与反相放大器电路相同的是，两个电路都利用了负反馈。
我们来看一下这个电路的工作过程。首先，通过虚短路，正相输入端(+)和反相输入端(-)的电压都是Vin，即点A电压为Vin。根据欧姆定律，Vin=R1×I1。另外，运算放大器的两个输入端上基本没有电流，所以I1=I2。而Vout为R1与R2电压的和，即Vout=R2×I2+R1×I1。整理以上公式可得到增益G，即G=Vout/Vin=(1+R2/R1)。如果撤销这个电路中的R1，将R2电阻变为0Ω或者短路，则电路变为增益为1的电压跟随器。这种电路常用于阻抗变换和缓冲器中。
Comparator也可称为比较器，比较两个电压的大小，然后输出1(+侧的电源电压，图示为VDD)或0(-侧的电源电压)。比较器常常用于检测输入是否达到规定值。也可以用运算放大器来代替比较器，但一般情况下使用专用的比较器IC。比较器和运算放大器使用相同电路符号。
比较器电路如图4所示。我们来看一下这个电路的工作过程。首先应该注意，这个电路中没有正反馈也没有负反馈。放大Vin和VREF的差值，从Vout输出。例如，Vin大于VREF时，放大输出的Vout上升至+侧的电源电压，达到饱和。Vin小于VREF时，输出Vout下降至-侧电源电压达到饱和。通过这个动作，Vin和VREF的比较结果在Vout上输出。实际应用中，一般使图4电路上产生滞后(用于防止错误动作的电压领域)，如图5，Vin会产生一些噪波，但仍可稳定动作。
负反馈动作中，从输出返到输入的信号越大，则输出越小。于此相反，正反馈中，从输出返到输入的信号越大，则输入越大。当正反馈动作中增益大于1时，电路振荡。将这种振荡合理利用到电路中，就形成振荡电路。图6的不稳定多谐振荡器就是一个振荡电路。
+侧最大值VL和-侧最大值VL都是不稳定的，两个数值不断变化，因此称之为不稳定。我们来看看这个电路中的动作。首先，输出Vout经由R2反馈至正相输入端(+)，这是一个正反馈电路。然后在输入Vout上应用R3和C，这是一个积分电路。大家可能会觉得积分电路很难，实际上，我们可以将它简单理解为，输出在Vout上的电压的一部分，缓缓储存到电容器的一个过程电路。在初始状态中，通过正反馈电路Vout迅速增大并达到最大值(VL)。
然后，通过R3和C构成的积分电路，缓缓增加反相输入端(-)。经过一定时间，正相输入端(+)的电压超过反相输入端(-)电压，相当于在差动输入上输入负电压，则Vout在负侧上迅速增大达到-VL。Vout变为负，通过R3和C构成的积分电路，反相输入端(-)电压缓缓增大。经过一定时间后，反相输入端电压超过正相输入端(+)的电压，相当于在差动输入上输入了正电压，则Vout向正方向迅速变化。这个过程不断重复，在Vout交替出现VL和-VL，从而实现振荡电路动作。
集成运算放大器的典型电路有哪些种？
集成运算放大器的典型电路有：
1、反相比例运算电路
反向比例运算电路如图2所示。根据电路分析，这种电路的输出电压为
图2 反相比例运算电路
2、反相加法器电路
如果运算放大器的反相端同时加入几个信号，接成如图3的形式，就构成了反相加法器电路，它能对同时加入的几个信号电压进行代数相加运算。
图3 反相加法器
如果把运算放大器看做是理想的，那么输出电压与输入电压之间的关系为
如果几个输入电阻R1=R2=R3=……，并以R表示，那么
为了保证运算放大器的两个输入端处于平衡对称的工作状态，克服失调电压、失调电流的影响，在电路中应尽量保证运算放大器两个输入端的外电路的电阻相等。因此，在反相输入的运算放大器电路中，同相端与地之间要串接补偿电阻凡，凡的阻值应是反相输入电阻与反馈电阻的并联值，即R4=R1//R2//R3//Rf。
3、差动运算放大电路（减法器）
差动输入运算放大器电路如图4所示。根据电路分析，这种电路的输出电压为
图4 差动放大器电路
说明了输出与输入之间具有相减关系，所以这种电路又称为减法器.
电路中，同相输入电路参数与反相输入电路应保持对称，即同相输入端的分压电路也应由R1和Rf来构成。
4、微分器
微分器的输出电压与输入电压的微分成正比，在线性系统中作为微分来使用，而在脉冲数字电路中用做波形变换。在图5所示的电路中，
图5 微分器
图中Ri的作用是限制高频增益，使高频增益下降为Rf/Ri。只有当输入信号频率ffc=1/(2πRiC)）时电路才起微分作用。
常用集成运算放大器电路有。
基本交流放大电路有:共射极放大电路.共集电极放大电路.和共基极放大电路.集成放大器可用于稳压.稳流.虑波.振荡.也可用于构成各种放大倍数运算放大器的应用电路的放大器.集成稳压电路分串联型和开关型两大类.有三端固定式,三端可调式,五端可调式等.应用电路也比较简单
运算放大器有哪三种基本电路
运算放大器有共发射极放大电路、分压式偏置共发射极放大电路、射极输出器三种基本电路。
共发射极放大电路是共发射极放大电路。C1是输入电容，C2是输出电容，三极管VT就是起放大作用的器件，RB是基极偏置电阻,RC是集电极负载电阻。1、3端是输入，2、3端是输出。3端是公共点，通常是接地的，也称“地”端。静态时的直流通路见图1右。
电路的特点是电压放大倍数从十几到一百多，输出电压的相位和输入电压是相反的，性能不够稳定，可用于一般场合。
运算放大器到底有什么用
1.运算放大器的作用--简介
运算放大器，简称运放，是具有很高放大倍数的电路单元。运算放大器是运用得非常广泛的一种线性集成电路。而且种类繁多，在运用方面不但可对微弱信号进行放大，还可做为反相、电压
跟随器，可对电信号做加减法运算，所以被称为运算放大器。不但其他地方应用广泛，在音响方面也使用得最多。例如前级放大、
缓冲，耳机放大器除了有部分使用分立元件，电子管外，绝大部分使用的还是集成运算放大器。而有时候还会用到稳压电路上，制作高精度的稳压滤波电路。
2.运算放大器的作用--结构
运算放大器由输入级、中间级、输出级和偏置电路等四部分构成，如下图所示。它有两个输入端，一个输出端。
输入级：又称前置级，它往往是一个双端输入的高性能差分放大电路。一般要求其输入电阻高，差模放大倍数大，抑制共模信号的能力强，静态电流小。
中间级：整个放大电路的主放大器，其作用是使集成运放具有较强的放大能力，多采用共射放大电路。
输出级：具有输出电压线性范围宽、输出电阻小、非线性失真小等特点，多采用互补输出电路。
偏置电路：用于设置集成运放各级放大电路的静态工作点，多采用电流源电路。
3.运算放大器的作用
运算放大器的作用就是放大信号。传感器+运算放大器+ADC+处理器是运算放大器的典型应用电路，此电路对于微弱信号的放大，只用单个放大器难以达到好的效果，必须使用一些较特别的方法和传感器激励手段，而使用同步检测电路结构可以得到非常好的测量效果。这种同步检测电路类似于锁相放大器结构，包括传感器的方波激励，电流转电压放大器，和同步解调三部分。需要注意的是电流转电压放大器需选用输入偏置电流极低的运放。
运算放大器的作用和用途是什么？
运算放大器运算放大器的应用电路的作用是在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块，它是一种带有特殊耦合电路及反馈运算放大器的应用电路的放大器，其输出信号可以是输入信号加，减或微分，积分等数学运算的结果。早期应用于模拟计算机中，用以实现数学运算，
用途运算放大器的应用电路；广泛应用于电子行业当中，接入适当的反馈网络，可用作精密的交流和直流放大器，有源滤波器，振荡器及电压比较器。
所有的运算放大器都有两个电源引脚，一般在资料中，它们的标识是VCC＋和VCC－，但是有些时候它们的标识是VCC＋和GND，但是，他们可能可以工作在其他的电压下。在运放不是按默认电压供电的时候，需要参考运放的数据手册，特别是绝对最大供电电压和电压摆动说明。
放大电路有两个基本类型：同相放大器和反相放大器。他们的交流耦合版本如图三所示。对于交流电路，反向的意思是相角被移动180度。这种电路采用了耦合电容 ――Cin 。Cin被用来阻止电路产生直流放大，这样电路就只会对交流产生放大作用。
扩展资料；
运算放大器是一种直流耦合差模（差动模式）输入，通常为单端输出的高增益电压放大器，因为刚开始主要用于加法，乘法等运算电路中，一个理想的运算放大器必须具备，无限大的输入阻抗、等于零的输出阻抗、无限大的开回路增益、无限大的共模排斥比的部分、无限大的频宽。
通常使用运算放大器时，会将其输出端与其反相输入端连接，形成一负反馈组态。原因是运算放大器的电压增益非常大，范围从数百至数万倍不等，使用负反馈方可保证电路的稳定运作。但是这并不代表运算放大器不能连接成正回馈相反地。
将运算放大的反向输入端与输出端连接起来，放大器电路就处在负反馈组态的状况，此时通常可以将电路简单地称为闭环放大器。闭环放大器依据输入讯号进入放大器的端点，又可分为反相放大器与非反相放大器两种。
参考资料；百度百科--运算放大器
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