运算放大器16个基本运算电路重点解读.doc

电路原理分析与计算 反相比例运算电路输入信号从反相输入端引入的运算，便是反相运算。反馈电阻RF跨接在输出端和反相输入端之间根据运算放大器工作在线性区时的虚开路原则可知：i-＝0，因此i1＝if。 图1 根据运算放大器工作在线性区时的虚短路原则可知：u-＝u+＝0。由此可得： 因此闭环电压放大倍数为： 同相比例运算电路 输入信号从同相输入端引入的运算，便是同相运算。 图2 根据运算放大器工作在线性区时的分析依据：虚短路和虚开路原则 因此得： 开环电压放大倍数　　　　　　相运算电路 图3 计算公式如下， 平衡电阻,当时，输出电压 减法运算电路 减法运算电路如图4所示，输入信号、分别加至反相输入端和同相输入端，这种形式的电路也称为差分运算电路。 图4 输出电压为： 当时，输出电压 微分运算电路 微分运算电路如图5所示， 图5 电路的输出电压为为： 式中，为微分电路的时间常数。若选用集成运放的最大输出电压为,则的值必须满足： 积分运算电路 积分运算电路如图6所示， 图6 其输出电压为： 式中，为电路的时间常数。由于受到集成运放最大输出电压的限制，选择、参数3，其值必须满足： 二阶低通滤波电路 二阶低通滤波电路如图7所示， 图7 滤波电路的传递函数为： ， 通带增益 固有角频率 品质因数 二阶高通滤波电路 二阶高通滤波电路如图8所示， 图8 滤波电路的传递函数为： 通带增益 固有角频率 品质因数 二阶带通滤波电路 二阶带通滤波电路如图9所示， 图9 带通滤波器的中心频率、等效品质因数Q以及同频带BW分别为： , ， 式中，为同相比例放大电路的电压增益。同样要求必须小于3，电路才能稳定工作，当时，带通滤波器具有最大电压增益，其值为： 二阶带阻滤波电路 二阶带阻滤波电路如图10所示， 图10 带阻滤波器的中心频率、等效品质因数Q以及同频带BW分别为： ，， 式中，，为同相比例放大电路的电压增益。若，则，增加时，Q将随之升高。当趋近2时，Q趋向无穷大。而带阻滤波器的品质因数越大，阻带宽度越窄，其阻带特性越接近理想状态。 过零电压比较电路 过零电压比较电路如图11所示， 图11 令参考电平U=0，则输入信号与零比较，当输入电压过零时，比较器发生翻转。0，输出则为低电平；而0，输出则为高电平。这种电路可作为零电平检测器。该电路也可用于“整形”，将不规则的输入波形整形成规则的矩形波。 滞回比较电路 滞回比较电路如图12所示，电路有两个阀值电压，输入电压从小变大过程中使输出电压产生跃变的阀值电压,不等于从大变小过程中使输出电压产生跃变的阀值电压，电路具有滞回性。 从集成运放输出端的限幅电路可以看出，。集成运放反相输入端电位，同相输入电位 令，求出的就是阀值电压，得 图12 当输入电压与输出电压在E点合成的电压过零时，比较器发生翻转。 电路翻转时=0，代入上式有： 音响的音调控制电路 音响的音调控制电路如图13所示， 图13 其实质是对放音通道频响特性实施控制。音调的控制不像音量控制,它只对某一段频率的信号进行提升或衰减,不影响其它频段信号的输出,而音量是对整个音频信号频率范围进行同步控制。 图14 由反相比例运算电路和二极管的性质可知，电路是通负值的交流电，当输入电压为正值时输出电压为0，当输入电压为正值是输出电压为： 全波整流电路 全波整流电路如图15所示， 图15 全波整流是一种对交流整流的电路，能够把交流转换成单一方向电流，最少由两个整流器合并而成，一个负责正方向，一个负责负方向，最典型的全波整流电路是由四个二极管组成的整流桥，一般用于电源的整流。　全波整流输出电压的直流成分（较半波）增大，脉动程度减小，但变压器需要中心抽头、制造麻烦，整流二极管需承受的反向电压高，故一般适用于要求输出电压不太高的场合。 图16 电路中，,，输出电压为： 当时，中电流为零，输出电压为零。可见，电路放大差模信号，抑制共模信号。差模放大倍数数值越大，共模抑制比越高。当输入信号中含有共模噪声时，也将被抑制。 仿真结果 反相比例运算电路 图17 同相比例运算电路 图18 反相运算电路 图19 减法运算电路按图4接好，仿真结果如图20所示。 图20 5. 微分运算电路按图5接好，输入100Hz/2V的方波，仿真结果如图21所示。 图21 6. 积分运算电路按图6接好，输入100Hz/2V的方波，仿真结果如图22所示。 图22 7.二阶低通滤波电路按图7接好，仿真结果如图23所示。 图23 8.二阶高通滤波电路按图8接好，仿真结果如图24所示。 图24 9. 二阶带通滤波电路按图9接好，仿真结果如图25所示。 图25 10. 二阶带阻