运算放大器基础和基本运算电路

第一节运算放大器基础一、集成电路与集成运算放大器1集成电路概念把具有某项功能的电路元件（二极管、晶体管、小电阻、小电容等）和连接导线集中制作在一块半导体芯片上，组成具有该功能的整体。2分类模拟集成电路、数字集成电路。（1）模拟集成电路用于处理模拟信号，即用于放大或改变连续变化的电压或电流信号。运算放大器就是模拟集成电路中重要产品之一。优点体积小、可靠性高、成本低、温度特性好、通用性和灵活性强。（2）数字集成电路用于处理数字信号的电路，即处理不连续变化的电压或电流信号。数字集成电路是用量最大的集成电路。二、运算放大器的内部和外部电路1内部电路组成使用时将它视为一个整体，注意了解它的外部特性和各个引出线的用途。2外部电路外部接线如图所示（1）反相输入端，用“”标示，表示输出信号与输入信号相位相反。（2）同相输入端，用“”标示，表示输出信号与输入信号相位相同。（3）信号输出端，用UO表示。（4）正、负电源端，用UP和UN标示。（5）外接直流零点调节电位器。（6）外接相位补偿电路端。（7）接地端。3运算放大器的图形符号三、运算放大器的基本特性运算放大器电路复杂，精确计算十分困难，但只要突出其主要性能，使其理想化，就可大大简化分析与计算。（1）开环差分电压增益（2）开环差分输入电阻（3）输出电阻（4）频带宽度BW（5）温度引起的电压漂移0V综合上述特性可得到理想运放的两个结论1“虚短”运算放大器两输入端电位相等UPUN。2“虚断”理想运算放大器的输入电流等于零INIP0。这两个结论可以大大简化运算放大电路的分析过程，在实际中运算放大器的特性很接近理想特性，所以来分析实际电路是可行的。第二节运算放大器的基本运算电路一、反相比例运算电路电路反馈电阻，接在输出端与反相端之间，构成深度负反馈。输入电阻，为输入平衡电阻，且/。保证两个输入端的外接电阻平衡，使电路处于平衡对称的工作状态，信号从反相输入端与地之间加入。反相比例运算电路的电压放大倍数亦称为闭环放大倍数。2分析根据理想运放的结论2（虚断），所以UN0，反相输入端可看作是地，称为虚地。INIP0，两输入端电流为0，即IN0，可得出IFI1和UN0，根据结论1，UPUN，因为UP0可得关系式（虚地）（虚地）所以即（虚断，IFI1）小结（1）反相比例运算电路的放大倍数仅由外接电阻和的比值决定，与运放本身参数无关。（2）输出电压与输入电压相位相反，大小成一定比例关系，即完成了对输入信号的比例运算。（3）对反相比例运算放大器，根据理想条件UPUN0，即反相端电位等于0，称为“虚地”。虚地并非真正接地，不能将反相端看作与地短路，那样信号就无法输入到运放中去了。“虚地”是反相输入运算放大器的重要特点。二、同相比例运算电路1电路信号从同相端输入，反馈信号加在反相端，为平衡电阻且/2根据理想运放的两个特点有UPUNUI（虚短、虚断）IFUIUO/RFI1UI/R1I1IF（虚断）可得UOR1RF/R1UI或3小结（1）输出电压与输入电压成比例，且相位相同，所以称同相比例运算放大器。（2）同相比例运算放大器电路的闭环电压放大倍数只与外接电阻和有关，只要保证和的值精确，就能得到精确和稳定性能都很高的闭环放大倍数。（3）/比值必为正，所以闭环增益大于或等于1（KF0时）。三、加法运算1电路特点在反相比例运算放大器的基础上增加几个输入支路所构成。2分析根据理想运放特点，和，可得如下关系式（虚断）其中，（虚地）同理所以上式表明，输出电压等于各输入电压按不同比例相加之和，如果取则可化简为若取，则上式说明，输入电压等于各输入电压之和，完成了信号的加法运算，输入电阻例101用反相加法器实现的运算，要求输入电阻不低于4KW，试选定电阻的值。解将式与式比较可得即取选定，则则四、减法运算1电路2分析在运算放大器的同相输入端和反相输入端都加入信号时，则反相比例运算和同相比例运算同时进行，根据理想运算放大器的两个结论，可得（虚断）整理后两式得当外电路的电阻满足平衡对称条件时化简上式为3结论上式说明，输出电压UO与两个输入电压的差值成正比，即电路实现了减法运算。所以电路又称为差分比例运算放大器。小结1集成运算放大器性能理想化后可利用其理想特性简化运算电路的分析（理想化特性有5条）。2理想运算放大器的两个重要结论UNUP，INIP0（虚短