无线电爱好网

 找回密码
 注册

QQ登录

只需一步,快速开始

扫一扫,访问微社区

无线电爱好网 首页 技术应用 初学入门 查看内容

集成运放及其经典电路详解

2025-4-17 08:29| 发布者: 闪电| 查看: 4| 评论: 0

摘要: 【 1. 什么是集成运放 】全称为:集成运算放大器我们拆解来看:集成:将电路封装,留出接口,使其模块化,便于移植。运算:这里涉及到的是一些数学运算,不过这里的运算对象不是简单的数字,而是电参量,是对电参量 ...

【 1. 什么是集成运放 】

全称为:集成运算放大器

我们拆解来看:

集成:将电路封装,留出接口,使其模块化,便于移植。

运算:这里涉及到的是一些数学运算,不过这里的运算对象不是简单的数字,而是电参量,是对电参量进行了加减乘除、积分、微分等计算。

放大器:就是把电参量进行放大,比如把电压从1V放大至5V。

总的来说,就是通过内部元器件的电参量关系将电参量进行运算,达到放大的目的。

【 2. 集成运放的电压传输特性 】

集成运放有 同相输入端 UP和 反相输入端 UN,这里的“同相”、“反相”是指运放的输入电压UP、UN与输出电压UO之间的相位关系。

从外部看,可以认为集成运放是一个双端输入、单端输出,具有高差模放大倍数、高输入电阻、低输出电阻、能较好地抑制温度漂移的 差分放大电路 。

集成运放的输出电压UO与输入电压即同相输入端与反相输入端之间的电位差UP-UN之间的关系曲线称为 电压传输特性 ,即:UO=f(UP-UN)。对于正、负两路电源供电即 双电源供电的集成运放的电压传输特性 如图4.1.2(b)所示。从图示曲线可以看出,集成运放有线性放大区域(称为线性区)和饱和区域(称为非线性区)两部分。在线性区,曲线的斜率为电压放大倍数;在非线性区,输出电压只有两种可能的情况,+UOM或-UOM。

由于集成运放放大的是差模信号,且没有通过外电路引入反馈,故称其电压放大倍数为差模开环放大倍数,记作Aod,因而当集成运放工作在线性区时有:uo= Aod(uP- uN),通常Aod非常高,可达几十万倍,因此 集成运放电压传输特性中的线性区非常之窄。

2e77f774-0eed-11f0-9434-92fbcf53809c.jpg

集成运放的三大特性:虚短、虚断、虚地

虚短:UP=UN,两输入端电压相等。

虚断:IP=IN=0,两输入端的输入电流为0。

虚地:UP=UN=0,当信号反向输入时存在(即信号从负输入端流进,而正输入端接地)

【 3. 比例运算电路 】

1. 反相比例

2e9c59ac-0eed-11f0-9434-92fbcf53809c.jpg

虚短:uP=uN

虚断:iN=iP=0

虚地:uN=uP=0

2eb04c82-0eed-11f0-9434-92fbcf53809c.png

2. 同相比例

2ec4f7e0-0eed-11f0-9434-92fbcf53809c.jpg

2edb385c-0eed-11f0-9434-92fbcf53809c.png

相比反向比例放大,同向比例放大具有较高的输入阻抗,这是因为同向比例放大信号输入端直接接入运放的输入端,没有任何扇出,而反向比例放大有扇出。

3. 电压跟随器

2eef2d30-0eed-11f0-9434-92fbcf53809c.jpg

将输出电压全部反馈到反向输入端,引入电压串联负反馈。

电压跟随器有 高输入阻抗、低输出阻抗 的特点,故其可以在多级电路中起到阻抗匹配、隔离的作用。

虚短:uP=uN

虚断:iP=iN=0

对于左图来说:

2f00c234-0eed-11f0-9434-92fbcf53809c.png

对于右图来说:

2f188efa-0eed-11f0-9434-92fbcf53809c.png

【 4. 加减运算电路 】

1. 求和

反相求和运算电路

2f2dccfc-0eed-11f0-9434-92fbcf53809c.png

同相求和运算电路

2f3d2152-0eed-11f0-9434-92fbcf53809c.jpg

2f4cbee6-0eed-11f0-9434-92fbcf53809c.png

2. 加减运算电路

2f624e46-0eed-11f0-9434-92fbcf53809c.jpg

我们采用叠加定理来求

2f742328-0eed-11f0-9434-92fbcf53809c.jpg

2f8416b6-0eed-11f0-9434-92fbcf53809c.png2f915ee8-0eed-11f0-9434-92fbcf53809c.jpg2fa4eb7a-0eed-11f0-9434-92fbcf53809c.png

改进型差放:
在使用单个集成运放构成的加减运算电路时,存在两个缺点:一是电阻的选取和调整不方便,而是对于每个信号源的输入电阻均较小(即相对于信号源内阻,电路的输入阻抗较小)。
因此可以采用下图的两级电路实现差分比例运算。

2fb5bf54-0eed-11f0-9434-92fbcf53809c.jpg2fc6e2d4-0eed-11f0-9434-92fbcf53809c.png

【 5. 积分运算电路 】

2fd35a32-0eed-11f0-9434-92fbcf53809c.jpg

2feb074a-0eed-11f0-9434-92fbcf53809c.png2ff59b60-0eed-11f0-9434-92fbcf53809c.jpg

当输入为阶跃信号时,输出为;
当输入为方波信号时,输出为三角波;
当输入为正弦波信号时,输出为余弦波。

【 6. 微分运算电路 】

300553d4-0eed-11f0-9434-92fbcf53809c.jpg30140c12-0eed-11f0-9434-92fbcf53809c.png

实用型微分运算电路:

在上图所示基本微分运算电路中,无论是输入电压产生阶跃变化,还是脉冲式大幅值干扰,都会使得集成运放内部的放大管进入饱和或截止状态,以至于即使引号消失,管子还不能脱离状态回到放大区,出现阻塞现象,电路不能正常工作;同时,由于反馈网络为滞后环节,它与运放内部的滞后环节相叠加,易于满足自激震荡的条件,从而使电路不稳定。

为解决上述问题,常在输入端串联一个电阻R1以限制输入电流,也就限制了电阻R中的电流;在反馈电阻R上并联稳压二极管,以限制输出电压幅值,保证集成运放中的放大管始终工作在放大区,不至于出现阻塞现象;在R上并联小电容C,起相位补偿的作用,提高电路稳定性。

如下图所示,输入电压与输出电压成近似微分的关系,若输入电压为方波,且(RC<(T为方波的周期),则输出为尖顶波)。

3027458e-0eed-11f0-9434-92fbcf53809c.jpg

【 7. 对数运算电路 】

3031d6c0-0eed-11f0-9434-92fbcf53809c.jpg

3045586c-0eed-11f0-9434-92fbcf53809c.png

【 8. 指数运算电路 】

3054ce82-0eed-11f0-9434-92fbcf53809c.jpg3065af18-0eed-11f0-9434-92fbcf53809c.png

【 9. 仪表放大器 】

仪表放大器具有高输入阻抗和高共模抑制比。

  • 309bbe5a-0eed-11f0-9434-92fbcf53809c.jpg30bc3072-0eed-11f0-9434-92fbcf53809c.png

【 10. 经典放大电路 】

该电路可提供偏置电压以及对输入信号交流成分放大。

30cc47c8-0eed-11f0-9434-92fbcf53809c.png30eabe42-0eed-11f0-9434-92fbcf53809c.png


路过

雷人

握手

鲜花

鸡蛋

QQ|关于本站|小黑屋|Archiver|手机版|无线电爱好网 ( 粤ICP备15040352号 ) 无线电爱好技术交流5 无线电爱好技术交流1无线电爱好技术交流9开关电源讨论群LED照明应用、电源无线电爱好技术交流4无线电爱好技术交流8无线电爱好技术交流10无线电爱好技术交流11

粤公网安备 44030702001224号

GMT+8, 2025-4-17 08:30 , Processed in 0.109200 second(s), 18 queries .

Powered by Discuz! X3.4 Licensed

Copyright © 2001-2020, Tencent Cloud.

返回顶部