運算放大器的輸入連接方式有反相輸入和同相輸入兩種。反相輸入方式用得較多,故這里介紹反相輸入時的一些基本運算關(guān)系。
1.運算放大器的基本原理
圖1 是運算放大器的簡化電路。由于反相輸入運算放大器具有虛地現(xiàn)象,于是
即有
或
從上式可以看出:
圖1 反相輸入運算放大器的簡化電路
(1)輸出電壓與輸人電壓反相;
(2)在ao很大和深度負(fù)反饋情況下,放大器的輸出電壓與輸入電壓之間關(guān)系,可以簡單地由反饋電阻r2與輸入端外接電阻r1之比值來確定,而與放大器本身的參數(shù)沒有多大關(guān)系。
(3)為了保證運算精度,要求輸入電阻和反饋電阻相對誤差小,性能穩(wěn)定。改變r1和r2的形式,放大器便能對輸入電壓 進行各種數(shù)學(xué)運算。
圖2比例器
圖3加法器
2.運算放大器的簡單應(yīng)用
(1)比例器和倒相器
電路的連接如圖2所示。由式(1)知,該電路執(zhí)行的是比例運算。若r1=r2,則,運算構(gòu)成為倒相器。圖中 r3=r1∥r2 。
(2)加法器
電路的連接如圖3所示。其輸出電壓 和輸入電壓 之間有下述關(guān)系
(2.10.2)
可見, 是 按比例相加的結(jié)果,實現(xiàn)了加法運算,故稱之為加法器。圖中 r5≈r1∥r2∥r3∥r4 ,d1、d2用來防止輸入電壓過大而將運放輸入級擊穿。
(3)積分器
若在反饋回路接一個電容,輸入端接電阻,如圖4(a)所示,則組成一個積分器。
(a) 積分器
(b) 輸入、輸出波形
圖4 積分器和輸入、輸出波形
當(dāng)ao很大時,a點為虛地,忽略流入放大器的電流,則 ,有
即輸出電壓與輸入電壓成積分關(guān)系。
當(dāng) 為固定值時
上式表明 按一定比例隨時間作直線上升或下降。
不難推論,當(dāng) 為矩形波時, 便成為三角波。如圖4(b)所示。為保證兩個輸入端的直流電阻平衡,要求r = r1。
圖5 積分求和電路
一個加法器加一個積分器便組成積分求和器。電路結(jié)構(gòu)如圖5所示。圖中r3≈r1∥r2。
(4)微分器
圖6 微分器和輸入、輸出波形
微分器構(gòu)成電路如圖2.10.6(a)所示。其輸出 輸入 之間具有如下微分關(guān)系:
不難推論,當(dāng) 為矩形波時, 便為兩個正、負(fù)相間的窄脈沖波。如圖6(b)所示,圖中要求r1=r。