集成运算放大器的积分、微分电路和非线性应用
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集成运算放大器的应用有哪些集成运算放大器(Operational Amplifier,简称OP-AMP) 是现代电子技术中常用的一种集成电路,广泛应用于信号放大、积分、微分、比较、滤波、波形变换、逻辑运算等电路中。
本文将介绍一些集成运算放大器的应用。
一、信号放大集成运算放大器广泛应用于信号放大电路中,其直接或变压器耦合输入方式具有低输入电阻、高输入阻抗、低噪声、高增益和宽带等特性。
在应用中,可通过精心设计放大器电路,控制反馈,实现高增益稳定运行。
二、积分电路积分电路是信号处理电路中的基本电路,它能将信号输入与时间积分,输出的是输入信号积分后的值。
集成运算放大器常用于积分电路的设计,其放大电压信号,然后通过电容对信号进行积分。
例如,在三角形波发生器电路中,可通过电容积分得到正弦波信号,而集成运算放大器的内部电路通常包含差分放大器,可将输入信号转化为电压差,用于驱动电容,完成积分计算。
三、微分电路微分电路是在信号处理中广泛应用的一种电路,它能够将信号对时间的微分操作,其输出电压是输入信号微分后的值。
集成运算放大器也常用于微分电路的设计中,可通过对输入信号进行微分计算得到输出信号。
例如,在测量热电偶温度时,可将温度信号输入到集成运算放大器中,通过差分放大器将信号转化为电压差,然后用电阻对信号进行微分计算,输出即为最终温度值。
四、比较电路比较电路是一种将两个信号进行比较然后输出比较结果的电路,它广泛应用于数字电路、自动控制、计算机硬件等领域。
集成运算放大器常用于比较电路中,它的输出能够根据电压的大小关系取两个输入信号中的一个。
例如,电压比较器是一种常见的电路,它采用集成运算放大器作为比较电路的核心元件,用于比较两个不同电压的大小关系,以便输出相应的状态。
五、滤波器滤波器是一种通过对输入信号进行滤波操作,抑制或增强特定频率信号的电路。
集成运算放大器广泛应用于滤波电路的设计中,其内部电路包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等类型。
第6章集成运算放大器的应用一填空题1、反相比例电路中,集成运放的反相输入端为点,而同相比例电路中集成运放两个输入端对地的电压基本上等于电压。
2、对数和指数电路是利用二极管的电流和电压之间存在。
3、将正弦波转换为矩形波,应采用;将矩形波转换为三角波,应采用;将矩形波转换为尖脉冲,应采用。
4、滞回比较器具有特性,因此,它具有强的特点。
5、电压比较器的集成运放常常工作在;常用的比较器有比较器、比较器和比较器。
答案:1、接地、电源 2、指数关系 3、过零比较器、积分电路、微分电路 4、滞回,抗干扰性5、非线性区,单限、滞回、窗口二选择题1、为了避免50Hz电网电压的干扰进入放大器,应选用______滤波电路()A.低通B.高通C.带通D.带阻2、若从输入信号中抑制低于3kHZ的信号,应选用_____滤波电路()A.低通B.高通C.带通D.带阻3、若从输入信号中取出低于3kHZ的信号,应选用_____滤波电路()A.低通B.高通C.带通D.带阻4、若从有噪声的信号中提取2kH Z~3kH Z的信号进行处理,应选用_____滤波电路()A.低通B.高通C.带通D.带阻5、在下列电路中,____电路能将正弦波电压移相+900。
()A.反相比例运算电路B.同相比例运算电路C.积分运算电路6、在下列电路中,____电路能将正弦波电压转换成二倍频电压。
()A.加法运算电路B.乘方运算电路C.微分运算电路7、在下列电路中,能在正弦波电压上叠加一个直流量的电路为()A.加法运算电路B.积分运算电路C.微分运算电路8、在下列电路中,能够实现电压放大倍数为-90的电路为()A.反相比例运算电路B.同相比例运算电路C.积分运算电路答案:1、D 2、B 3、A 4、C 5、C 6、B 7、A 8、A三判断题1、差分比例电路可以实现减法运算。
()2、比例、积分、微分等信号运算电路中,集成运放工作在线性区;而有源滤波器、电压比较器等信号处理电路中,集成运放工作在非线性区。
第5章集成运算放大电路(上一章介绍的用三极管、场效应管等组成的放大电路称为分立元件电子电路。
)集成电路:如果在一块微小的半导体基片上,将用晶体管(或场效应管)组成的实现特定功能的电子电路制造出来,这样的电子电路称为集成电路。
(集成电路是一个不可分割的整体,具有其自身的参数及技术指标。
模拟集成电路种类较多,本章主要介绍集成运算放大电路。
)本章要求:(1)了解集成运放的基本组成及主要参数的意义。
(2)理解运算放大器的电压传输特性,理解理想运算放大器并掌握其基本分析方法。
(3)理解用集成运放组成的比例、加减、微分和积分运算电路的工作原理。
(4)理解电压比较器的工作原理和应用。
5.1集成运算放大器简介5.1.1集成运算放大器芯片集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路。
是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。
集成运算放大器简称运放,是一种多端集成电路。
集成运放是一种价格低廉、用途广泛的电子器件。
早期,运放主要用来完成模拟信号的求和、微分和积分等运算,故称为运算放大器。
现在,运放的应用已远远超过运算的范围。
它在通信、控制和测量等设备中得到广泛应用。
1、集成电路的概念(1)集成电路:禾U用半导体的制造工艺,把晶体管、电阻、电容及电路连线等做在一个半导体基片上,形成不可分割的固体块。
集成电路优点:工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。
(2)集成电路分类:模拟、数字集成电路;单极型、双极型集成电路,小、中、大、超大规模集成电路。
①模拟集成电路:以电压或电流为变量,对模拟量进行放大、转换、调制的集成电路。
(可分为线性集成电路和非线性集成电路。
)②线性集成电路:输入信号和输出信号的变化成线性关系的电路,如集成运算放大器。
③非线性集成电路:输入信号和输出信号的变化成非线性关系的电路,如集成稳压器。
(3)线性集成电路的特点①电路一般采用直接耦合的电路结构,而不采用阻容耦合结构。
②输入级采用差动放大电路,目的是克服直接耦合电路的零漂。
运算放大器基本原理及应用一. 原理(一) 运算放大器 1.原理运算放大器是目前应用最广泛的一种器件,当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时,可以灵活地实现各种特定的函数关系。
在线性应用方面,可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。
运算放大器一般由4个部分组成,偏置电路,输入级,中间级,输出级。
图1运算放大器的特性曲线 图2运算放大器输入输出端图示图1是运算放大器的特性曲线,一般用到的只是曲线中的线性部分。
如图2所示。
U -对应的端子为“-”,当输入U -单独加于该端子时,输出电压与输入电压U -反相,故称它为反相输入端。
U +对应的端子为“+”,当输入U +单独由该端加入时,输出电压与U +同相,故称它为同相输入端。
输出:U 0= A(U +-U -) ; A 称为运算放大器的开环增益(开环电压放大倍数)。
在实际运用经常将运放理想化,这是由于一般说来,运放的输入电阻很大,开环增益也很大,输出电阻很小,可以将之视为理想化的,这样就能得到:开环电压增益A ud =∞;输入阻抗r i =∞;输出阻抗r o =0;带宽f BW =∞;失调与漂移均为零等理想化参数。
2.理想运放在线性应用时的两个重要特性输出电压U O 与输入电压之间满足关系式:U O =A ud (U +-U -),由于A ud =∞,而U O 为有限值,因此,U +-U -≈0。
即U +≈U -,称为“虚短”。
由于r i =∞,故流进运放两个输入端的电流可视为零,即I IB =0,称为“虚断”,这说明运放对其前级吸取电流极小。
上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则,可简化运放电路的计算。
3. 运算放大器的应用 (1)比例电路所谓的比例电路就是将输入信号按比例放大的电路,比例电路又分为反向比例电路、同相比例电路、差动比例电路。
(a) 反向比例电路反向比例电路如图3所示,输入信号加入反相输入端:图3反向比例电路电路图对于理想运放,该电路的输出电压与输入电压之间的关系为:为了减小输入级偏置电流引起的运算误差,在同相输入端应接入平衡电阻R ’=R 1 // R F 。
集成运算放大器的基本运算电路集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。
当外部接入不同的线性或非线性元器件组成负反馈电路时,可以灵活地实现各种特定的函数关系。
在线性应用方面,可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。
基本运算电路(1)反相比例运算电路电路如图1所示,对于理想运放,该电路的输出电压与输入电压之间的关系为uO=-ui图1 反相比例运算电路为了减小输入偏置电流引起的运算误差,在同相输入端应接入平衡电阻R2=R1||RF。
(2)同相比例运算电路图2是同相比例运算电路,它的输出电压与输入电压之间的关系为)ui当R1→∞时,uO=ui,即得到如图3所示的电压跟随器。
图中R2=RF,用以减小漂移和起保护作用。
一般RF取10KΩ,RF太小起不到保护作用,太大则影响跟随性。
图2 同相比例运算电路图3 电压跟随器(3)反相加法电路电路如图4所示。
图4 反相加法运算电路输出电压与输入电压之间的关系为uO=()R3=R1||R2||RF (4) 减法运算电路对于图5所示的减法运算电路,当R1=R2,R3=RF时,有如下关系式uO=(ui2-ui1)图5 减法运算电路(5)积分运算电路反相积分电路如图6所示。
在理想化条件下,输出电压uo等于uo(t)= —式中“—”号表示输出信号与输入信号反相。
uc(o)是t=0时刻电容C两端的电压值,即初始值。
图6 积分运算电路如果ui(t)是幅值为E的阶跃电压,并设uc(o)=0,则—即输出电压uo(t)随时间增长而线性下降。
显然时间常数R1C的数值大,达到给定的uo值所需的时间就长。
积分输出电压所能达到的最大值受集成运放最大输出范围的限制。
在进行积分运算之前,首先应对运放调零。
为了便于调节,将图中K1闭合,通过电阻R2的负反馈作用帮助实现调零。
但在完成调零后,应将K1打开,以免因R2的接入造成积分误差。
K2的设置一方面为积分电容放电提供通路,同时可实现积分电容初始电压uc(o)=0。