集成運算放大器是一種具有高電壓放大倍數(shù)的直接耦合多級放大電路。當(dāng)外部接入不同的線性或非線性元器件組成負(fù)反饋電路時,可以靈活地實現(xiàn)各種特定的函數(shù)關(guān)系。在線性應(yīng)用方面,可組成比例、加法、減法、積分、微分、對數(shù)等模擬運算電路。
基本運算電路
(1)反相比例運算電路
電路如圖1所示,對于理想運放,該電路的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為
uO=-ui
圖1 反相比例運算電路
為了減小輸入偏置電流引起的運算誤差,在同相輸入端應(yīng)接入平衡電阻R2=R1||RF。
(2)同相比例運算電路
圖2是同相比例運算電路,它的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為
uO=(1+)ui
R2=R1||RF
當(dāng)R1→∞時,uO=ui,即得到如圖3所示的電壓跟隨器。圖中R2=RF,用以減小漂移和起保護(hù)作用。一般RF取10KΩ,RF太小起不到保護(hù)作用,太大則影響跟隨性。
圖2 同相比例運算電路
圖3 電壓跟隨器
(3)反相加法電路
電路如圖4所示。
圖4 反相加法運算電路
輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為uO=() R3=R1||R2||RF
(4) 減法運算電路
對于圖5所示的減法運算電路,當(dāng)R1=R2,R3=RF時,有如下關(guān)系式
uO=(ui2-ui1)
圖5 減法運算電路
(5)積分運算電路
反相積分電路如圖6所示。在理想化條件下,輸出電壓uo等于
uo(t)= —
式中“—”號表示輸出信號與輸入信號反相。uc(o)是t=0時刻電容C兩端的電壓值,即初始值。
圖6 積分運算電路
如果ui(t)是幅值為E的階躍電壓,并設(shè)uc(o)=0,則
uo(t)= —
即輸出電壓uo(t)隨時間增長而線性下降。顯然時間常數(shù)R1C的數(shù)值大,達(dá)到給定的uo值所需的時間就長。積分輸出電壓所能達(dá)到的最大值受集成運放最大輸出范圍的限制。
在進(jìn)行積分運算之前,首先應(yīng)對運放調(diào)零。為了便于調(diào)節(jié),將圖中K1閉合,通過電阻R2的負(fù)反饋作用幫助實現(xiàn)調(diào)零。但在完成調(diào)零后,應(yīng)將K1打開,以免因R2的接入造成積分誤差。K2的設(shè)置一方面為積分電容放電提供通路,同時可實現(xiàn)積分電容初始電壓uc(o)=0。另一方面,可控制積分起始點,即在加入信號ui后,只要K2一打開,電容就將被恒流充電,電路也就開始進(jìn)行積分運算。
(6)微分運算電路
反相微分電路如圖7所示。在理想化條件下,輸出電壓uo等于
uo(t)=
式中“—”號表示輸出信號與輸入信號反相。
圖7 微分運算電路