集成运算放大器及应用-集成运放的线性应用（电子技术课件）

集成运放的线性应用（二）一、反相加法运算电路

在反相比例运放电路的基础上，

增加1个或者多个输入支路就可构成反相加法运算电路。下面以二个输入信号同时作用于集成运放的反相输入端为例，介绍反相加法运算电路。3.2.2集成运放的线性应用（二）图3.2.5反相加法运算电路由叠加原理可知，当ui1单独作用时：当ui2单独作用时：当ui1和ui2共同作用时：当R1=R2=R时:二、减法运算电路图3.2.6减法运算电路减法运算电路，将两个输入信号加到反相输入端和同相输入端，如图所示，为了满足电路的平衡条件，取

。

根据叠加原理，先求ui1单独作用时的输出电压uo1为：

图3.2.6减法运算电路

再求出ui2单独作用时的输出uo2压为：

若代入则：在ui1

与ui2

共同作用时：从而实现减法运算。图3.2.6减法运算电路三、积分运算电路图3.2.7积分运算电路积分运算电路如图3.2.7所示。输入信号ui

通过电阻R接至反相输入端，电容C为反馈元件。1.积分运算电路输出电压与电容上电压的关系为：根据“虚地”和“虚短”现象，电路中，电容C中电流等于电阻R中电流。而电容上电压等于其电流的积分，即：图3.2.7积分运算电路2.积分运算电路的应用时间常数

=

RC

=0.1msuI/Vt/ms0.10.30.55

5=

5

V=

5

VuO/Vt/ms5

510k

10nF图3.2.8积分运算电路的应用图3.2.9积分运算电路的应用利用积分电路可实现信号的变换，如图3.2.8所示，还可以将正弦波变为余弦波。

积分运算电路可用于积分、波形变换、示波器显示和扫描电路、模/数转换和波形发生器等。2.积分运算电路的应用四、微分运算电路图3.2.9微分运算电路微分运算电路是在积分运算电路的基础上，将电容C与电阻R位置互换，就得到了微分运算电路，如图3.2.9所示。1.微分运算电路根据“虚短”和“虚断”的概念，，为“虚地”，因而:表明输出电压与输入电压的微分成正比，而

也是输入电压对时间的变化率。图3.2.9微分运算电路输出电压为：RC=

—时间常数2.微分电路输出电压uItOuOtO图3.2.9微分运算电路图3.2.10微分运算电路输出电压3.实用微分电路微分电路的问题：输出电压对输入电压的变化（尤其对高频干扰和噪声）十分敏感，电路抗干扰能力较差。在正常工作频率范围，使：R2起限制输入电流作用。C2起相位补偿作用，提高电路稳定性。图3.2.11实用微分运算电路集成运放的线性应用（一）1.集成运放的传输特性传输特性是指输出电压与输入电压之间关系的特性曲线，如图所示，可分为线性区和非线性区。OuiduoUOM–UOM非线性区线性区一、线性区的集成运放图3.1.6电压传输特性3.2.1集成运放的线性应用（一）（1）线性区特点a虚短集成运放工作在线性区时，利用它的理想参数可以得到两个重要概念：“虚短”和“虚断”。由于uo=Aud(u+–u–)=Auduid，

而Aud

因此u+–u–=uo/Aud

0，即理想集成运放两个输入端的电位近似相等，相当于短路，但又不是真正的短路，称为虚短。b虚断

由于i+=uid/Rid

而Rid

，因此i+=uid/Rid

0，同理i–

0，即理想运放两个输入端的输入电流近似为零，称为虚断。2.非线性区特点对于工作在非线性区的理想集成运放，“虚短”的概念将不成立，但“虚断”的概念仍成立。开环状态有正反馈工作在非线性区的理想集成运放，通常有以下两种情况：图3.1.7常见的非线性区工作情况如图可知，当电路处于非线性区时，输出只存在+UOM和-UOM。Ouiduo+UOM–UOM非线性区线性区非线性区图3.1.6电压传输特性（1）当

u+<u–时,

uo=–UOM（2）当u+>u–时，uo=UOM

集成运放可以应用在各种运算电路上，以输入电压作为自变量，输出电压按一定的数学规律变化，反映出某种运算的结果。二、集成运放的线性应用

常见的运算电路有比例、加减、积分、微分等，利用这些运算电路实现同相放大、反相放大、差分放大以及信号的变换。注意：集成运放作运算电路时必须工作在线性区。1.反相比例运算电路其中，Rf为反馈电阻，构成电压并联负反馈组态。图3.2.1反相比例运算电路图中电阻R2称为直流平衡电阻，且RP=R1

∥Rf

。同相输入端通过RP接地，故u+=0，根据虚短的概念有：u-=u+；因u+=0，则u-=u+=0。图3.2.1反相比例运算电路因此集成运放两个输入端的电位均零，但反相输入端并没有真正直接接地，故称之为“虚地”。根据虚断和虚短概念有：ii=if

，u-=u+

于是有：

当

时，则，，即输出电压与输入电压大小相等，相位相反，称为反相器。

ii=if

u-=u+=0图3.2.1反相比例运算电路2.同相比例运算电路图3.2.2同相比例运算电路同相输入放大电路如图所示，Rf为反馈电阻，Rf

与R1

使运放构成电压串联负反馈电路。根据“虚短”和“虚断”概念可得：图3.2.2同相比例运算电路

于是有：

当R1

→∞,则Auf=1，即u0

与ui

大小相等，相位相同，称此电路为电压跟随器常见的电压跟随器如下图所示。图3.2.3电压跟随器图3.2.4电压跟随器的其它形式电路集成运放的应用实训3.2.2集成运放的应用实训一、安装与调试集成运放电路1.集成运放LM741集成运放LM741的外形如图1所示；按照图2所示，搭接好运放的工作电路。图1图22.检查电路正确与否，正确后，在LM741的4脚接入-15V电源，7脚接入+15V电源,如图2所示。

3.将LM741的2、3两个输入端用导线对地短接，用示波器观测输出端6脚电压。通过调整电位器RP，使输出电压为0后，将2、3两个脚对地短接线去除。图2二、反相比例运放的检测

1.将图2的运算放大电路，改接成反相比例运算电路，即图3所示，接入R1、R2、Rf。图3

2.检查电路正确无误后，接入正、负电源。

3.在反相输入端，依次输入直流电压-0.4V、-0.2V、+0.2V、+0.4V，用万用表测量出每次对应的输出电压UO。将测得的结果记录在表1中，并与应用公式计算的结果相比较。输入电压-0.4V-0.2V+0.2V+0.4V输出电压UO计算值测量值表1反相比例运放测试数据三、同相比例运放的检测

1.将电路改接成同相比例运算电路，即图4所示。

2.检查电路正确无误后，接入正、负电源。图4

3.在同相输入端，依次输入直流电压-0.4V、-0.2V、+0.2V、+0.4V，用万用表测量出每次对应的输出电压UO。将测得的结果记录在表2中，并与应用公式计算的结果相比较。输入电压-0.4V-0.2V+0.2V+0.4V输出电压UO计算值测量值表2同相比例运放测试数据四、反相加法运算电路的检测

1.将电路改接成同相比例运算电路，即图5所示。

2.检查电路正确无误后，接入正、负电源。图5