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东北大学电工学-集成运算放大器
电 工 学 3.1 集成运算放大器 3.1.1集成电路概述 3.1.2 主要技术指标 3.2 运算放大器应用电路的分析方法 3.2.1 理想运算放大器 理想运算放大器的图形符号 运放的三种工作方式 1)当信号从同相输入端对公共地端输入时,输出电压与输入电压同相,——同相输入方式; 3.2.2 运算放大器的电压传输特性和工作区域 输出电压uo与输入电压(u+-u-) 之间关系的特性曲线 uo=f(u+-u-) , 称为电压传输特性。 可实现比例加法运算 当Ri1 =Ri2 =Ri3=RF=R 时 可实现加法运算,但注意相位相反。 反相求和 平衡电阻: R2= Ri1 // Ri2 // RI3∥RF ui3 uo RF ui1 Ri2 Ri1 + + ? – ? R2 + – · Ri3 ui2 ii1 ii2 ii3 if ui3 uo RF ui1 Ri2 Ri1 + + ? – ? R2 + – · Ri3 ui2 ii1 ii2 ii3 iF 例:图中 Ri1=10KΩ, Ri2=50KΩ,Ri3=100KΩ,RF=100KΩ,ui1=1V,ui2=3V,ui3= -5V, 试求uo。 =-(10ui1+2ui2+ui3)=-(10*1+2*3-5)=-11V iF + uo RF Ri2 + + ? – ? R2 – ui3 ui1 Ri1 · Ri3 ui2 ii1 ii2 ii3 R1 i1 i2 2. 同相求和 因i-=i+,u-=u+ 所以 以下为求u+ ,因 ii1+ii2+ii3=i2 ,所以 + uo RF Ri2 + + ? – ? R2 – ui3 ui1 Ri1 · Ri3 ui2 ii1 ii2 ii3 R1 i1 i2 令 R∑=Ri1∥Ri2∥Ri3∥R2 ,则 + uo RF Ri2 + + ? – ? R2 – ui3 ui1 Ri1 · Ri3 ui2 ii1 ii2 ii3 R1 i1 i2 输出为不同比例各输入量之和。 为保持电路平衡一般取R1∥RF= Ri1∥Ri2∥Ri3∥R2 当R1=RF=RS,Ri1=Ri2=Ri3=R2=2RS 时, u+ ui2 uo RF ui1 Ri2 Ri1 + + ? – ? R1 + – 同相求和的另一形式: 由 3. 双端输入求和 可用前面分析的结果,用叠加原理来求解。 当ui3=ui4=0时,电路为反向求和电路, 当ui1=ui2=0时,电路为同向求和电路, + uo RF R3 + + ? – ? R5 – ui3 ui1 R2 R4 ui2 R1 ui4 ) ( 2 2 1 1 i F i F o o u R R u R R u u + - = ¢ = R∑=R3∥R4∥R5 + uo RF R3 + + ? – ? R5 – ui3 ui1 R2 R4 ui2 R1 ui4 若取R1∥R2∥RF = R3∥R4∥R5 ,则 双端输入求和可实现输入信号的比例加减运算。 例:设计一个运算电路,使之满足uo=4ui2-2ui1 。 解:这是一个比例减法运算,但是不能使用差动输入电路,因差动输出为 这是不可能的。可以考虑使用组合的方式,如第一级采用同相输入,先实现4ui2,第二级采用差动输入方式: 一般运放电路使用的电阻为几KΩ~几百KΩ, 取R1=10KΩ,则 RF=(4-1)×10=30KΩ 取平衡电阻R2=R1∥RF=7.5KΩ。第二级为差放 uo1 RF1 ui2 R2 R1 + + ? – ? ui1 uo RF2 R23 R22 + + ? – ? R21 + – 取RF2=20KΩ,R21=10KΩ,R22=20KΩ,R23=10KΩ,即可实现4ui2-2ui1 。 ui3 uo R6 R8 R7 + + ? – ? R5 uo1 R3 ui1 R2 R1 + + ? – ? R4 ui2 例:下图中R1= R2=20KΩ,R3=10K Ω,R4=5KΩ,R5=R7=5KΩ,R6=R8=10KΩ,试写出uo的表达式。 解: uo ui3 R6 R8 R7 + + ? – ? R5 uo1 ui2 uo RF ui1 R3 R2 + + ? – ? R1 + – + + – – 第二级为差动输入, 差动输入一般表达式为: 如果取 R1 = R2 ,R3 = RF =ui1+ui2+2ui3 对照下面差动输入公式有: 3.3.3 积分运算电路 因 i+=i-=0 , u+=u-=0 , 有 i1 = if ,而 if i1 uo CF ui R2 R1 + + – – + + ? – ?
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