集成运算放大器的基本应用
第7章集成运算放大器的基本应用
7.1 集成运算放大器的线性应用
7.1.1 比例运算电路
7.1.2 加法运算电路
7.1.3 减法运算电路
7.1.4 积分运算电路
7.1.5 微分运算电路
7.1.6 电压—电流转换电路
7.1.7 电流—电压转换电路
7.1.8 有源滤波器
*7.1.9 精密整流电路
7.2 集成运放的非线性应用
7.2.1 单门限电压比较器
7.2.2 滞回电压比较器
7.3 集成运放的使用常识
7.3.1 合理选用集成运放型号
7.3.2 集成运放的引脚功能
7.3.3 消振和调零
7.3.4 保护
本章重点:
1. 集成运算放大器的线性应用：比例运算电路、加减法运算电路、积分微分运算电路、一阶有源滤波器、二阶有源滤波器
2. 集成运算放大器的非线性应用：单门限电压比较器、滞回比较器
本章难点:
1. 虚断和虚短概念的灵活应用
2. 集成运算放大器的非线性应用
3. 集成运算放大器的组成与调试
集成运算放大器(简称集成运放)在科技领域得到广泛的应用，形成了各种各样的应用电路。从其功能上来分，可分为信号运算电路、信号处理电路和信号产生电路。从本章开始和以后的相关章节分别介绍它们的应用。
7.1 集成运算放大器的线性应用
集成运算放大器的线性应用
7.1.1 比例运算电路
1. 同相比例运算电路
(点击查看大图)反馈方式：电压串联负反馈
因为有负反馈，利用虚短和虚断
虚短: u-= u+= u i
虚断: i
+=i
i-
=0 ， i
1
=i f
电压放大倍数:
平衡电阻R=R f//R1
2. 反相比例运算
(点击查看大图)反馈方式：电压并联负反馈
因为有负反馈，利用虚短和虚断
i
-
=i+= 0（虚断）
u
+
=0，u－=u+=0（虚地）
i
1
=i f
电压放大倍数:
例题：R1=10k , R f=20k , u i =-1V。求:u o、R i。说明R0的作用，R0应为多大？
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解：
R
为平衡电阻(使输入端对地的静态电阻相等):R0=R1//R f
特点：共模输入电压=0，（u－=u+=0）
缺点：输入电阻小（R i=R1）
7.1.2 加法运算电路
(点击查看大图)
i
=i+= 0（虚断）
-
u
=0，u－=u+=0（虚地）
+
i
+ i2= i f
1
若R1 =R2 =R,
平衡电阻:R0= R1// R2//R f
【例】在上图电路中，设R
1=220kΩ，运放的最大输出电压U
OPP
=12V ，
电路的输出电压为u o=-(10u i1+22u i2)。
(1) 确定R
1、R
2
和
R’
的阻值；
(2) 若u i2=0.5V ，求 u i1的允许变化范围。
解: 由
得
(2)由于该运放的V
opp
=12V ，因此必须满足
所以
7.1.3减法运算电路
(点击查看大图)根据叠加定理
u
i1
作用：
u
i2
作用：
综合：
当R
1=R
2
=R
3
=R
f
=R时
则有：
7.1.4积分运算电路
(点击查看大图)
=直流电压U，输出将反相积分，经过一定的时间后输出饱反相积分器：如果u
i
和。
上式表明输出电压与积分时间t近似成线性关系，且是一条起始电压为零，终点电压为的斜率为的直线，波形如下图(a)所示。
当输入为方波信号时，输出则为三角波；当输入为正弦信号时，输出则为余弦波信号，输出波形分别如下图(b)、(c)所示。
(点击查看大图)
为限制电路的低频电压增高，通常将反馈电容C与电阻并联，当电路输入信号频
率大于时，电路为积分器。若输入信号的频率远低于，则电路近似为一个反相器，低频电压增益为
(7-8)
7.1.7 电流—电压转换电路
在光电检测装置中，需要把光电池输出的微弱电流转换成与之成正比的电压，这时就需要用到电流—电压转换电路。
U o= -i
·R f = -i1R f
f
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7.1.8 有源滤波器
滤波器的功能：对频率进行选择,过滤掉噪声和干扰信号，而保留其有用信号。滤波器的分类：低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BEF）。
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【flash动画演示】
1．一阶有源低通滤波器(LPF)
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2.一阶有源高通滤波器(HPF)
(点击查看大图)传递函数:
幅频特性：
其中
幅频特性曲线
(点击查看大图) 3.二阶有源低通滤波器(LPF)
(点击查看大图)
幅频特性曲线
以上两式表明，当2
性在 f=f
≥3时，Q =∞，有源滤波器自激。由于将C1接到输出端，等于在高频端给当A
up
LPF加了一点正反馈，所以在高频端的放大倍数有所抬高，甚至可能引起自激。
(点击查看大图) 4. 二阶有源高通滤波器(HPF)
(1)通带增益:
(2)频率响应
其中：
频率响应特性曲线
(点击查看大图)
结论：当f＜＜f0时，幅频特性曲线的斜为+40 dB/dec；
当A up≥3时，电路自激。
5. 有源带通滤波器(BPF)
带通滤波器的作用是只允许某一频带内的信号通过，而将此频带以外的信号阻止通过。在各种抗干扰设备中，就是利用带通滤波器的这种作用来接收某一频带范围内的有用信号，而消除高、低频段的干扰和噪声。
带通滤波器是由低通和高通滤波器串联而成的。两者同时被覆盖的频带即等于
f H -f
L
形成一个通频带。
(a)图是二阶压控电压源带通滤波器电路。其中R、C1构成低通网络，R2、C2组成高通网络。二者串联后接在集成运放的同相输入端。可求得二阶压控电压源带通滤波器的频率特性为
可由低通和高通串联得到
低通特征角频率:
高通特征角频率:
(点击查看大图)
6. 有源带阻滤波器(BEF)
带阻滤波器的作用是在规定的频带内，信号被阻止通过，而在此频带之外的信号能够顺利通过。带阻滤波器(又名陷波器)和带通滤波器一样常用于各种抗干扰设备电路中。如抑制50Hz交流电源引起的工频干扰信号，在工业控制中常常用到它。
将低通滤波器和高通滤波器并接在一起，就形成了带阻滤波器。两者同时被阻断的频带即为该滤波器的阻带。其原理示意图见图7-26。
由图可知，凡是f L 的信号均可从低通滤波器通过，凡是f>f H 的信号则可从高 通滤波器通过，惟有f L H 的信号被阻断。f L 为低通滤波器的通带截止频率， f H 为高通滤波器通带截止频率。