集成运算放大器的基本运算电路

集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。当外部接入不同的线性或非线性元器件组成负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。
基本运算电路
（1)反相比例运算电路
电路如图1所示，对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为
uO＝-ui

图1 反相比例运算电路
为了减小输入偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻R2=R1||RF。
(2)同相比例运算电路
图2是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为
 uO=(1 )ui
 R2=R1||RF
当R1→∞时，uO=ui，即得到如图3所示的电压跟随器。图中R2=RF，用以减小漂移和起保护作用。一般RF取10KΩ，RF太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。

图2 同相比例运算电路

图3 电压跟随器
(3)反相加法电路

电路如图4所示。
图4 反相加法运算电路

输出电压与输入电压之间的关系为uO=() R3=R1||R2||RF
(4) 减法运算电路
对于图5所示的减法运算电路，当R1=R2，R3=RF时，有如下关系式
uO=(ui2-ui1)

图5 减法运算电路
(5)积分运算电路
反相积分电路如图6所示。在理想化条件下，输出电压uo等于
uo(t)= —
式中“—”号表示输出信号与输入信号反相。uc(o)是t=0时刻电容C两端的电压值，即初始值。

图6 积分运算电路
如果ui(t)是幅值为E的阶跃电压，并设uc(o)=0，则
 uo(t)= —
即输出电压uo(t)随时间增长而线性下降。显然时间常数R1C的数值大，达到给定的uo值所需的时间就长。积分输出电压所能达到的最大值受集成运放最大输出范围的限制。
在进行积分运算之前，首先应对运放调零。为了便于调节，将图中K1闭合，通过电阻R2的负反馈作用帮助实现调零。但在完成调零后，应将K1打开，以免因R2的接入造成积分误差。K2的设置一方面为积分电容放电提供通路，同时可实现积分电容初始电压uc(o)=0。另一方面，可控制积分起始点，即在加入信号ui后，只要K2一打开，电容就将被恒流充电，电路也就开始进行积分运算。
（6）微分运算电路
反相微分电路如图7所示。在理想化条件下，输出电压uo等于
uo(t)=
式中“—”号表示输出信号与输入信号反相。

图7 微分运算电路