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运算放大器的组成与输出特性,运算放大器的线性应用

时间:04-15 来源:网络整理 点击:

  集成运算放大器的电路可分为输入级、中间级、输出级和偏置电路四个基本组成部分(图1)输入级是提高运算放大器质量的关键部分,要求其输入电阻高,能减小零点漂移和抑制干扰信号。输入级都采用差分放大电路,它有同相和反相两个输入端。中间级主要进行电压放大,要求它的电压放大倍数高,一般由共发射极放大电路构成。输出级与负载相连,要求其输出电阻低,带负载能力强,能输出足够大的电压和电流,一般由互补对称电路或射极输出器构成。偏置电路的作用是为上述各级电路提供稳定和合适的偏置电流,决定各级的静态工作点,一般由各种恒流源电路构成。

  

  在应用集成运算放大器时,需要知道它的几个管脚的用途以及放大器的主要参数,至于它的内部电路结构如何一般是无关紧要的。集成运算放大器可用图2的符号来表示。图中所示的是F007(5G24)集成运算放大器的外形、管脚和符号图。它有双列直插式[图2a]和圆壳式[图2b]两种封装。这种运算放大器需要与外电路相接的是通过7个管脚引出的。各管脚的功能是:

  

  1,5——外接调零电位器(通常为10KΩ)的两个端子。

  2——反相输入端。由此端接输入信号,则输出信号和输入信号是反相的(或两者极性相反)。

  3——同相输入端。由此端接输入信号,则输出信号和输入信号是同相的(或两者极性相同)。

  4——负电源端。接-15V稳压电源。

  6——输出端。

  7——正电源端。接+15V稳压电源。

  8——空脚。

  运算放大器的输出特性:

  仅从外部端子分析,运放是一种高放大倍数的电压放大器。既可用于交流电压放大,又能用于缓变或直流电压放大。用V、V分别表示同相输入端和反相输入端的节点电压,则输入端口电压即差动输入电压为Vd=V+-V-路情况下,输出电压Vo与差动输入电压Vd曲线可近似用图1所示的折线来表示。

  

  线中的水平部分称为运放的饱和区,中间部分为线性区,在此区域内输出电压Vo电压Vd成正比(-Vcc《Vo《+V++)。输出电压与输入电压之比称为开环增益或开环电压放大倍数。本文只介绍运放工作在线性区时的功能和分析方法。在线性区内,运放的电路模型如图2所示。

  

  运算放大器的线性应用:

  1、相比例运算放大器

  

  图一,运放的同向端接地=0V,反向端和同向端虚短,所以也是0V,反向输入端输入电阻很高,虚断,几乎没有电流注入和流出,那么R1和Rf相当于是串联的,流过一个串联电路中的每一只组件的电流是相同的,即流过R1的电流和流过R2的电流是相同的。流过R1的电流

  I1 = (Ui -U-)/R1 ……a

  流过R2的电流 I2 = (U- - Uo)/R2 ……b

  U- = U+ = 0 ……c

  I1 = I2 ……d

  求解上面的初中代数方程得 Uo = (-Rf/R1)*Ui

  这就是传说中的反向比例运算放大器的输入输出关系式了。

  2、相比例运算放大器

  

  图二中Ui与U-虚短,则Ui =U- ……a

  因为虚断,反向输入端没有电流输入输出,通过R1和Rf 的电流相等,设此电流为I,由欧姆定律得:

  I = Uo/(R1+R2) ……b

  Ui等于Rf上的分压, 即: Ui = I*R2 ……c

  由abc式得Uo=Ui*(R1+Rf)/Rf

  这就是传说中的同相比例运算放大器的公式了。

  3、加法器(1)

  

  图三中,由虚短知: U- = U+ = 0 ……a

  由虚断及基尔霍夫定律知,通过R1与R2的电流之和等于通过Rf的电流,

  故 (U1 – U-)/R1 + (U2 – U-)/R2 = (Uo – U-)/R3 ……b

  代入a式,b式变为 U1/R1 + U2/R2 = Uo/Rf

  如果取R1=R2=R3,则上式变为 Uo=U1+U2

  这就是传说中的加法器了。

  4、加法器(2)

  

  请看图四, 因为虚断, 运放同向端没有电流流过,则流过R1和R2的电流相等,同理流过R4和R3的电流也相等。故

  (U1 – U+)/R1 = (U+ - U2)/R2 ……a

  (Uo – U-)/Rf = U-/R3 ……b

  由虚短知: U+ = U- ……c

  如果R1=R2,Rf=R3,则由以上式子可以推导出

  U+ = (U1 + U2)/2 U- = Uo/2

  故 Uo = U1 + U2 可见该电路也是一个加法器电路。

  5、减法器

  

  图五由虚断知,通过R1的电流等于通过R2的电流,同理通过R4的电流等于R3的电流,

  故有 (Ui2 – U+)/R2 = U+/R3 ……a

  (Ui1 – U-)/R1 = (U- - Uo)/Rf……b

如果R2=R3,

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