运算放大器的输入连接方式有反相输入和同相输入两种。反相输入方式用得较多,故这里介绍反相输入时的一些基本运算关系。
1.运算放大器的基本原理
图1 是运算放大器的简化电路。由于反相输入运算放大器具有"虚地"现象,于是
即有
或
从上式可以看出:
图1 反相输入运算放大器的简化电路
(1)输出电压与输人电压反相;
(2)在Ao很大和深度负反馈情况下,放大器的输出电压与输入电压之间关系,可以简单地由反馈电阻R2与输入端外接电阻R1之比值来确定,而与放大器本身的参数没有多大关系。
(3)为了保证运算精度,要求输入电阻和反馈电阻相对误差小,性能稳定。改变R1和R2的形式,放大器便能对输入电压 进行各种数学运算。
图2比例器 | 图3加法器 |
2.运算放大器的简单应用
(1)比例器和倒相器
电路的连接如图2所示。由式(1)知,该电路执行的是比例运算。若R1=R2,则,运算构成为倒相器。图中 R3=R1∥R2 。
(2)加法器
电路的连接如图3所示。其输出电压 和输入电压 之间有下述关系
(2.10.2) |
可见, 是 按比例相加的结果,实现了加法运算,故称之为"加法器"。图中 R5≈R1∥R2∥R3∥R4 ,D1、D2用来防止输入电压过大而将运放输入级击穿。
(3)积分器
若在反馈回路接一个电容,输入端接电阻,如图4(a)所示,则组成一个积分器。
(a) 积分器 | (b) 输入、输出波形 |
图4 积分器和输入、输出波形 |
当Ao很大时,A点为"虚地",忽略流入放大器的电流,则 ,有
即输出电压与输入电压成积分关系。
当 为固定值时
上式表明 按一定比例随时间作直线上升或下降。
不难推论,当 为矩形波时, 便成为三角波。如图4(b)所示。为保证两个输入端的直流电阻平衡,要求R = R1。
图5 积分求和电路 |
一个加法器加一个积分器便组成积分求和器。电路结构如图5所示。图中R3≈R1∥R2。
(4)微分器
图6 微分器和输入、输出波形
微分器构成电路如图2.10.6(a)所示。其输出 输入 之间具有如下微分关系:
不难推论,当 为矩形波时, 便为两个正、负相间的窄脉冲波。如图6(b)所示,图中要求R1=R。