集成运放器的特点及应用

集成运放器的特点及应用

一、集成运放器特点

优点

高增益(可以配置较高的放大倍数)

输出阻抗低(对后级影响小)

共模抑制比较高，抗干扰能力强

1.1、当工作在线性区

两个重要特点

我们知道运放输出有如下公式，

转换得到如下公式，由于放大倍数很大，右边接近为0，所以得到U+ = U-的结论，即为我们所说的虚短。

一种个人理解，虽然公式是这样算，我们也可以一种感性的理解，由于运放的放大倍数很大，要想处于非线性区(上面解释线性区的时候说明了条件)，则要求运放两端输入电压压差不能相差太大，所以就能得到U+约等于 U-，也就是虚短了。

由于运放的输入阻抗非常非常大，输入电压除以输入阻抗则接近0，所以运放器的两端的输入电流为0，就像断开一样，所以叫做虚断。

1.2、当工作在非线性区

此时输出只有两种可能：正最大、负最大。

此时，仍满足虚断，但不满足虚短(看看线性区与非线性区的说明即可)。

二、集成运放器的应用

2.1、反相比例运算 ---- 输出与输入相位相反(即方向相反，负变正，正变负)，大小成比例(放大或缩小)

反相比例运算的原理图如下，

得到输出与输入的关系如下(推导过程略)：其中负号体现了反相这一特性。

注意： 工作在线性区，公式才有效。

2.2、同相比例运算

电路原理图如下：

得到输出与输入的关系如下(推导过程见-- 百度百科：同相比例运算电路)：

R1和Rf根据比例选取，R2一般是近似R1和Rf的并联值，能够增加电路的抗干扰能力。

注意： 工作在线性区，公式才有效。

电压跟随器

此外，同相比例运算有一个比较常用的形式：跟随器。(详细分析：电压跟随器的原理)

这种电路相当于同相放大一倍，那这样的电路存在的意义是什么?

存在即合理，电压跟随器常用作中间级，以 “隔离”前后级之间的影响 ，此时也称之为缓冲级。基本原理还是利用它的输入阻抗高(对输入信号影响小)和输出阻抗低(输出电压不易被输出端的负载影响)之特点，在电路中起阻抗匹配的作用。

2.3、反相加法运算

电路如下：

公式如下：

Ri1、Ri2和Rf根据比例选取，R2一般是近似Ri1、Ri2和Rf的并联值，能够增加电路的抗干扰能力。

注意： 工作在线性区，公式才有效。

2.4、减法运算

得到如下公式：

当R1=R2, R3=Rf时，得到如下公式：

2.5、积分运算电路

电路如下：

当输入信号为直流时，可以得到

其中，t是有限范围的，不然Uo就会是无穷大(最大能达到运放的供电电压，或正或负)，t大过这个范围，则保持最大值，范围如下：

2.6、微分运算电路

输出公式如下：

2.7、电压比较器

前面的电路，运放都是工作在线性区，而电压比较器就是工作在非线性区的一种情况。

构成电压比较器的电路的条件很简单：没有负反馈回路。

输出只有两种结果，如下：(当然，如果运放的负电压输入端接地，即接入为0V时，下面的-Uo(sat)为0，这也是一种比较常见的形式，毕竟提供负电压还是有些麻烦的)

输出的结果有输入两端电压决定，如下：