集成运放在信号运算电路中的应用

时间:2023-03-11作者:佚名

如前所述,当运算放大器工作在线性区时,输出电压和输入电压满足式的线性关系。由于运算放大器的开环电压放大倍数Auo 非常高,即使输入毫伏级以下的信号,也足以使输出电压达到饱和。另外,由于干扰使工作难于稳定,所以要使运算放大器工作在线性区,通常要引入深度电压负反馈。
运算放大器能对输入信号进行比例、加、减、积分和微分、对数与反对数以及乘除等运算。下面介绍几种简单的运算电路。
1.比例运算电路
比例运算电路,根据输入方式的不同,分为反相比例运算电路和同相比例运算电路。
(1)反相比例运算电路
图所示是反相比例运算电路。输入信号ui 经电阻R1 加到反相输入端,同相输入端经R2 接地, Rf为反馈电阻。
下面分析该电路的运算关系。根据虚断, R2上无信号压降,u =0;又根据虚短,则 u-=u =0,因此反相端的电位等于地电位,可把它看成与地相接,但又不是真的接地,故称为虚地。
集成运放在信号运算电路中的应用
由于反相端虚地,则
集成运放在信号运算电路中的应用
又因为虚断,则ii=if ,故有
集成运放在信号运算电路中的应用
此式表明,当反相输入的运放Auo 足够大时,整个电路的闭环电压放大倍数Auo 仅由外接电阻之比Rf /Rl 来决定,而与运放本身的Auo 无关,只要阻值RfRl 足够精确与稳定,输出电压与输入电压的比例关系也就足够精确与稳定。式中的负号表示uo 与ui 反相。当 Rl=Rf 时,uo =-ui ,该电路就构成了反相器或称反号器。
上图中的R2 为平衡电阻。在运放的实际应用中,为了保证其输入级差放的两个输入端的外接电路结构对称,同相端并不直接接地,而是通过平衡电阻接地。图中的R2 = Rl∥Rf 。
(2)同相比例运算电路
下图所示是同相比例运算电路。信号ui 由同相端输入,反相输入端通过电阻Rl 接地, Rf是反馈电阻。
根据虚断有
集成运放在信号运算电路中的应用
根据虚短,u =u- 所以
集成运放在信号运算电路中的应用
集成运放在信号运算电路中的应用
这说明输出电压与输入电压成比例且相位相同,电压放大倍数≥1 ,这是与反相比例运算电路所不同的。
同前所述,为使之平衡,应使电阻 R2 = Rl∥Rf 。
上式中,当Rl=∞ (开路)或Rf =0(短路)时,集成运放在信号运算电路中的应用 ,则有
集成运放在信号运算电路中的应用
集成运放在信号运算电路中的应用
显然,输出电压跟随着输入电压作相同变化,故称其为电压跟随器,或称同号器,如上图所示。电压跟随器的电压放大倍数接近于1,这与射极跟随器相似,它的输入电阻非常高,输出电阻又非常低,这是普通射极跟随器所难以达到的,其性能更接近于理想的电压跟随器,在电路中常用作隔离电路使用。
2.加法运算电路
下图所示是反相输入方式的加法运算电路。信号电压均通过电阻接在电路的反相输入端。
由于反相端虚地,可得
集成运放在信号运算电路中的应用
故有
集成运放在信号运算电路中的应用
图中的平衡电阻 集成运放在信号运算电路中的应用,当 集成运放在信号运算电路中的应用时,上式为
集成运放在信号运算电路中的应用
若在后面再接一级反相器,就可消去负号,实现几个信号的代数相加。
集成运放在信号运算电路中的应用

3.减法运算电路(差动运算电路)
前述的运算电路,信号电压都是从运放的单端输入的。如果两个输入端都有信号,则为差动输入。差动输入电路如图所示。
差动输入运算电路可以看作是反相输入与同相输入比例运算电路的组合。在线性工作条件下,可以用叠加原理来分析该电路的运算关系。
集成运放在信号运算电路中的应用
当集成运放在信号运算电路中的应用 单独作用(集成运放在信号运算电路中的应用=0 )时,为反相输入电路,其输出
集成运放在信号运算电路中的应用
当ui2 单独作用(ui1 =0)时,为同相输入电路,其输出
集成运放在信号运算电路中的应用
然后叠加集成运放在信号运算电路中的应用,,故得
集成运放在信号运算电路中的应用
当集成运放在信号运算电路中的应用 时,上式为
集成运放在信号运算电路中的应用
即输出电压与两输入电压的差值成正比。当 集成运放在信号运算电路中的应用时,得if
集成运放在信号运算电路中的应用
即成为减法器。被减数 ui2接在同相端,而减数ui1 接在反相端。
4.积分运算电路
图所示是积分运算电路。根据虚断和虚短,集成运放在信号运算电路中的应用 ,这个电流对电容C进行充电
集成运放在信号运算电路中的应用
集成运放在信号运算电路中的应用
输出电压为
集成运放在信号运算电路中的应用
即输出电压和输入电压之间有积分关系。式中,t=RC ,为积分时间常数。
当信号电压 ui为阶跃电压Ui 时,输出电压uO 与时间t成线性关系,即
集成运放在信号运算电路中的应用
由于积分电路的最大输出电压为±UOm ,故其有效积分时间tm 为
集成运放在信号运算电路中的应用
集成运放在信号运算电路中的应用
超过tm 时间后,积分不能继续进行,uo 将达到输出饱和电压(设±UO=±UOm ),如右图所示。如果要使有效积分时间增加,可用改变时间常数的方法来实现。
5.微分运算电路
微分是积分的逆运算,将积分运算电路的电容与电阻互换位置,便可构成微分运算电路,如图
集成运放在信号运算电路中的应用

所示,由图可以看出
集成运放在信号运算电路中的应用
即输出电压与输入电压对时间的一次微分成正比。
当输入电压为一矩形波时,仅在ui 发生跃变时运放才有尖峰电压输出,而当输入电压不变时,运放将无输出。输出尖峰电压幅度不仅与RfC 的大小有关,而且还取决于ui 的变化率。因为运放的输出为有限值,故尖峰电压的幅度不可能为无穷大,其波形如下图所示。
集成运放在信号运算电路中的应用

相关阅读

传感器坏了,信号线可以短接吗?

首先需要明确,已经坏了短不短接都没意义了!( 电工精品教程免费试学 ) 传感器作为被测量输入的第一道关口,将被测量转换为可测量的信号,这个信号可以是模拟量信号、数字量...
2023-06-27

「水电小知识」等电位连接的做法(图)

等电位箱,常常由开发商预先布置在卫生间。由于卫生间环境潮湿,它的作用是连接卫生间中各电气装置和其它装置外露的金属及可导电部分,以减少电位差,确保安全。那怎么连接它...
2023-06-11
「水电小知识」等电位连接的做法(图)

MOS管如何控制电源的开关?

摘要:前两天同学做了一个电路,功能就是用MOS管来控制一个电源的开关,但是做出来后发现不能用控制MOS管的开关,MOS管一直处于导通状态。一起来看看到底是什么原因? MOS管如何控...
2023-06-06
MOS管如何控制电源的开关?

电容串并联分压计算方法及公式

大电容由于容量大,所以体积一般也比较大,且通常使用多层卷绕的方式制作,这就导致了大电容的分布电感比较大(也叫等效串联电感,英文简称ESL)。 电感对高频信号的阻抗是很大...
2023-03-31
电容串并联分压计算方法及公式

星三角启动设备故障排查与修复纪实

在工业生产环境中,设备的稳定运行是保障生产效率与质量的基石。近日,我们工厂内一台采用星三角启动方式的设备遇到了一个启动难题:在正常停机后,再次尝试启动时却未能成功启动,给...
2024-08-12
星三角启动设备故障排查与修复纪实

热销商品

德国进口雅马哈风力灭火机大功率手提森林灭火器落叶工地吹雪机汽

德国进口雅马哈风力灭火机是一款高效、可靠的森林灭火和清理设备。它拥有大功率风机,能够迅速吹散落叶、杂草和积雪,有效清理工地和森林地面。这款灭火机采用先进技...
¥ 692.5

12V星空顶筒灯嵌入式阳台卧室客厅氛围迷你呼吸小射灯满天星天花

12V星空顶筒灯是一款专为营造浪漫氛围而设计的迷你嵌入式射灯,适用于阳台、卧室、客厅等空间。采用低功耗LED光源,安全节能,光线柔和均匀,支持呼吸模式与满天星效果,可...
¥ 7.65

公牛官方旗舰店开关插座空调16A插座五孔10A面板暗装多孔G12白灰

公牛官方旗舰店提供一系列高质量的开关插座和空调配件。这款16A插座五孔面板采用暗装设计,适用于多种安装环境,如墙面、天花板等。它具有10A的电流容量,可以满足家庭...
¥ 5.55

电位器旋钮电流调节螺帽直流逆变电焊机二保焊送丝机通用旋钮B102

电位器旋钮电流调节螺帽适用于直流逆变电焊机和二保焊送丝机,是一款通用的旋钮B102。该旋钮采用优质材料制造,具有耐磨损、耐高温、耐腐蚀等特点,能够长时间稳定运行...
¥ 0.7

O型圈氟橡胶圆条丁腈胶硅胶垫片防水O三元乙丙EPDM密封件骨架油封

O型圈、氟橡胶圆条、丁腈胶、硅胶垫片、三元乙丙(EPDM)密封件及骨架油封是广泛应用于机械、汽车、航空航天及建筑等领域的关键密封元件。氟橡胶耐高温、耐腐蚀,适用...
¥ 1

网站栏目