运算放大器电路

(1)定义:将输入信号按比例放大的电路称为比例运算电路。
　　
　　(2)分类:反相比例电路、同相比例电路、差动比例电路，按输入信号加入不同的输入端分。比例放大电路是集成运算放大电路的三种主要放大形式。
　　
　　1)反相比例电路
　　
　　输入信号加大反相输入端，电路如图2.10所示。
　　
　　(1)输出特性
　　
　　因为U-=U+=0,I-=I+=0
　　
　　所以I1=Ui-U_/Rf=Ui/R1=If(1)
　　
　　U0=-If=-Rf/R1Ui（2）
　　
　　从式中可以看出：U。与Ui是比例关系，改变比例图系数Rf/R1，即可改变U0的数值。负号表示输出电压与输入电压的极性相反。
　　
　　(2)反相比例电路的特点:
　　
　　①反相比例电路由于存在虚地，因此它的共模输入电压为零，即它对集成运放的共模抑制比要求低。 　　
　　②输人电阻低(ri=R1)，因此对输入信号的负载能力有一定的要求。
　　
　　2)同相比例电路
　　
　　(1)输出特性：
　　
　　因为U_=U+=Ui（续短但不是虚的），I_=

　　
　　所以

　　
　　改变Rf/R1即可改变U0的值，输入,输出电压的极性相同。
　　
　　(2)相同比例电路的特点：
　　
　　①输入电阻高。 　
　　②由于U_=U+=Ui(电路的共模输入信号高)，因此集成运放的共模抑制比要求高。
　　
　　3）差动比例电路
　　
　　输入信号分别加入反相输入端和同相输入端，电路如图1所示。
　　
　　它的输出电压为：


　　
　　由此可以看出，它实际完成的是对输入两信号的差运算。
　　
　　2.和、差电路
　　
　　1)反相求和电路
　　
　　反相求和电路如图2所示，它的输入端的个数可根据需要进行调整，其中，R=R1//R2//R3//Rf。


图1 差动比例电路

图2 反相求和电路
　　
　　它的输出电压与输入电压的关系为：

　　
　　上述等式可以模拟方程：Y=（a0Xo+alXl+a2X2)，它的特点与反相比例电路相同。反相求和电路可以十分方便地改变某一电路酌输入电阻，来改变反相求和电路的比例关系，而不影响其他电路的比例关系。
　　
　　2)同相求和电路
　　
　　同相求和电路如图3所示。它的输入端的个数可根据需要进行调整。
　　
　　它的输出电压与输入电压的关系为：

　　
　　它的调节不如反相求和电路，而且它的共模输入信号大，因此在电路中的应用不很广泛。
3)和差电路
　　
　　和差电路如图4所示。该电路的功能是对Ui1、Ui2进行反相求和，对Ui3、Ui4进行同相求和，然后进行叠加即得和差结果。



图3 同向求和电路

图4 和差电路
　　
　　它的输入电压与输出电压的关系是：

　　
　　由于该电路采用一个集成运放，它的电阻计算和电路调整均不方便，因此常用二级集成运算放大器组成和差电路。它的电路如图5所示。


图5 二级集成运算放大器组成和差电路
　　
　　它的输出电压与输入电压的关系是：

　　
　　它的的后级对前级没有影响(采用的是理想的集成运放)，它的计算十分方便。
　　
　　3.积分电路和微分电路
　　
　　1)积分电路
　　
　　积分电路可实现积分运算及产生三角波形等。积分运算是输出电压与输入电压呈积分关系。它是利用电容的充放电来实现积分运算。
　　
　　电路的输入电压与输出电压的关系为：

，其中uc|t=o表示电容两端的初始电压值。如果电路输入的电压波形是方波，则产生三角波输出。
　　
　　4.对数运算电路和指数运算电路
　　
　　1)对数运算电路
　　
　　对数运算电路就是输出电压与输入电压呈对数函数。将反相比例电路中的Rf用二极管或三极管来代替，组成对数运算电路。
　　
　　它的输入电压与输出电压的关系为:u。≈-uTln*ui/RIss(也可以用三极管代替二极管)。
　　
　　2）指数运算电路
　　
　　指数运算电路是对数运算的逆运算，将指数运算电路的二极管(三极管)与电阻R对换即可，电路如图6所示。



图6 指数运算电路
　　
　　它的输入电压与输出电压的关系为:u。=-IssRe*Ui/UR。利用对数、指数运算以及比例，和差运算电路可组成乘法或除法运算电路和其他非线性运算电路。