運(yùn)放基本應(yīng)用電路

1、Uo運(yùn)放基本應(yīng)用電路運(yùn)放基本應(yīng)用電路運(yùn)算放大器是具有兩個輸入端，一個輸出端的高增益、高輸入阻抗的電壓放大器。若在 它的輸出端和輸入端之間加上反饋網(wǎng)絡(luò)就可以組成具有各種功能的電路。當(dāng)反饋網(wǎng)絡(luò)為線性 電路時可實現(xiàn)乘、除等模擬運(yùn)算等功能。運(yùn)算放大器可進(jìn)行直流放大，也可進(jìn)行交流放大。Rf使用運(yùn)算放大器時，調(diào)零和相位補(bǔ)償是必 須注意的兩個問題，此外應(yīng)注意同相端和反相 端到地的直流電阻等，以減少輸入端直流偏流 引起的誤差。1 反相比例放大器電路如圖1所示。當(dāng)開環(huán)增益為 ：（大于 104以上）時，反相放大器的閉環(huán)增益為：RfR（1）圖1反相比例放大器由上式可知，選用不同的電阻比值Rf/ R!, Auf可以大

2、于1，也可以小于1。若R1 = Rf ,則放大器的輸出電壓等于輸入電壓的負(fù)值，因此也稱為反相器。O圖2放大器的輸入電阻為：Ri沁R1直流平衡電阻為：RP = Rf/ R1。其中，反饋電阻Rf不能取得太大，否則會 產(chǎn)生較大的噪聲及漂移，其值一般取幾十千歐 到幾百千歐之間。R1的值應(yīng)遠(yuǎn)大于信號源的內(nèi)阻。2 同相比例放大器、同相跟隨器同相放大器具有輸入電阻很高，輸出電阻 很低的特點，廣泛用于前置放大器。電路原理 圖如圖2所示。當(dāng)開環(huán)增益為:（大于104以上）時，同相放大器的閉環(huán)增益為：UOR+RfRf每二也 11丄5 RR由上式可知，R1為有限值，Auf恒大于1。 同相放大器的輸入電阻為：Ri =

3、ric其中：ric是運(yùn)放同相端對地的共模輸入電阻, 電阻為：Rp = Rf/ R1。若R（開路），或Rf = 0,則Auf為1,放大器幾乎不從信號源吸取電流，因此 可視作電壓源，是比較理想的阻抗變換器。3 .加（減）法器同相比例放大器(2)般為108 ;放大器同相端的直流平衡 于是同相放大器變?yōu)橥喔S器。此時由于4電路如圖3所示。當(dāng)運(yùn)算放大器開環(huán)增益為 足夠大時，由于點 匕為“虛地”，兩個輸入電 壓可以彼此獨(dú)立地通過自身輸入回路的電阻轉(zhuǎn) 換為電流，能精確地實現(xiàn)代數(shù)相加運(yùn)算。其輸 出電壓Uo為：(RfRf-LUi-Ui2IRR2J圖中：同相端的輸入電阻 Rp = Rf/ Ri / R2。上式中

4、，負(fù)號表示加法器的輸出信號與輸入信號的相位相反。若取R3 = R2 = Rf2，并使其中一個輸入信號 Uii經(jīng)過一級反相放大器，則加法器可以變?yōu)?減法器。如圖4所示。RfiUo =(3)U I2R2Rp器。RUI2 R3-15V+15V7R2Rf276UopA741-15V加法器2o +15V71 * U o64J5V10pA741圖4減法器圖中：Rpi = Rfi/2, R3 = R2 = Rf2，Ri=Rfi，Rp2= R3/ R2/ Rf2 其輸出電壓為：Uo(Ui2 -Un)4 差動放大器(減法器)電路如圖5所示。(4)當(dāng)運(yùn)算放大器的同相端和反相端分別輸入信號Uo為：RfRU I1和U

5、 I2時，輸出電壓UoRfUii 十 1 + R 八R2+R3丿 當(dāng)R1=R2， R3=Rf時，圖5電路為差動放 大器，其差模電壓增益為：Uo =U12 -UnRid=R 什 R2=2R 1Uo 二RfRiR3R2輸入電阻為: 輸出電壓為:Rf (U12 -Uli)UO &當(dāng)Ri= R2= R3= Rf時，圖5電路為減法器，輸出電壓為：Uo=Ui2-Uli由于差動放大器具有雙端輸入一單端輸出，共模抑制比較高的特點，因此，差動放大器通常作為傳感放大器或測量儀器的前置放大器。五.實驗內(nèi)容1 反相放大器的安裝與測試在圖1電路中，取Ri = 10k ，Rf = 100k，先根據(jù)Ri和Rf的值，算出該電

6、路的電壓放大倍數(shù)Au。和直流平衡電阻Rp。然后根據(jù)Ri、Rf、和Rp的值，安裝一個反相比例放大器。1 ）從放大器的輸入端輸入 Ui =1.5V的直流信號，用萬用表測量 Uo，判斷U。與5的相位 關(guān)系，并根據(jù)下式計算電壓放大倍數(shù)Auf。Uo將Auf與理論值比較，判斷是否與理論值相符。若誤差太大，則必須在運(yùn)放電路中加裝 調(diào)零電路，在無輸入信號的情況下，先將放大器的輸入端接地，接著調(diào)節(jié)調(diào)零電位器，使輸 出信號為零。然后將接地線去掉，輸入直流信號進(jìn)行測試。2）從放大器的輸入端輸入f = 1kHz，Uim = 0.2V的交流信號，用示波器測量輸入電壓的幅值Uim與輸出電壓的幅值Uom。判斷Ui與U。的相

7、位關(guān)系。并計算電壓放大倍數(shù)Auf。2.同相放大器的安裝與測試在圖2電路中，取R1=10k , Rf =100k ，算出該電路的電壓放大倍數(shù)Auf和直流平衡電阻Rp。然后根據(jù) 尺、Rf、和Rp的值，安裝一個同相比例放大器。1）輸入Ui =1.5V的直流信號，用萬用表測量 Uo,判斷U。與Ui的相位關(guān)系，并根據(jù)下式 計算電壓放大倍數(shù)Auf。UoUi將Auf與理論值比較，判斷是否與理論值相符。若誤差太大，則必須在運(yùn)放電路中加裝 調(diào)零電路，調(diào)好零后，才輸入直流信號進(jìn)行測試。2）輸入f = 1kHz , Uim = 0.2V的交流信號，用示波器測量輸入電壓的幅值Uim與輸出電壓的幅值Uom。判斷5與U。

8、的相位關(guān)系。并計算電壓放大倍數(shù)Auf。3 .電壓跟隨器 在圖2電路中，斷開R1與地的連接線。1）輸入Ui=1.5V的直流信號，用萬用表測量Uo,判斷Uo與5的相位關(guān)系，并根據(jù)下式計算電壓放大倍數(shù)Auf。將Auf與理論值比較，判斷是否與理論值相符。若誤差太大，則必須在運(yùn)放電路中加裝 調(diào)零電路，調(diào)好零后，才輸入直流信號進(jìn)行測試。2）輸入f = 1kHz , Uim = 0.2V的交流信號，用示波器測量輸入電壓的幅值Uim與輸出電壓的幅值Uom。判斷Ui與U。的相位關(guān)系。并計算電壓放大倍數(shù)Auf。4 .加法器在圖3電路中，取R1 =10k , R2 =20k , Rf =100k ，算出該電路的直流

9、平衡電阻Rp。根據(jù)R Rf、和Rp的值，安裝一個加法器。1）輸入Ui1 = Ui2 =1.5V的直流信號，用萬用表測量Uo,判斷U。與5、U|2的相位關(guān)系，根據(jù)下式計算Uo。RfR2圖6pA741調(diào)零電路連接圖(Rw=1k)將計算值與測量值比較，判斷是否相同。若誤差太大，則必須在運(yùn)放電路中加裝調(diào)零 電路，調(diào)好零后，才輸入直流信號進(jìn)行測試。2)輸入f = 1kHz，Uimi = Uim2 = 0.2V的交流信號，用示波器測量輸入電壓的幅值Uim與輸出電壓的幅值Uom。判斷Ui與Uo的相位關(guān)系。六.實驗報告要求1 .畫出實驗電路，整理實驗數(shù)據(jù)。2 .將實驗結(jié)果與理論值比較，并分析誤差原因。附錄：S

10、741調(diào)零電路的連接如圖 6所示。接上電源后， 將運(yùn)放的輸入端接地，然后調(diào)節(jié)電位器使輸出電壓U。為零。三、電壓跟隨器如圖所示，若將輸出電壓的全部反饋到反相輸入端，就構(gòu)成電壓跟隨器。電路引入了電壓串聯(lián)負(fù)反饋，其反饋系數(shù)為 1。由于 ，故輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系為理想運(yùn)放的開環(huán)差模增益為無窮大，因而電壓跟隨器具有比射 極輸出器好得多的跟隨特性。綜上所述，對于單一信號作用的運(yùn)算電路，在分析運(yùn)算系關(guān)時， 應(yīng)首先列出關(guān)鍵節(jié)點的電流方程，所謂關(guān)鍵節(jié)點是指那些與輸入電 壓和輸出電壓產(chǎn)生關(guān)系的節(jié)點，如 N點和P點；然后根據(jù)“虛短” 和“虛斷”的原則，進(jìn)行整理，即可得輸出電壓和輸入電壓的運(yùn)算 關(guān)系。二、同相比例

11、運(yùn)算電路將反相比例運(yùn)算電路中的輸O入端和接地端互換，就得到同相比 例運(yùn)算電路，如圖所示。電路引入 電壓串聯(lián)負(fù)反饋，故運(yùn)放工作在線 性區(qū)。根據(jù)“虛短”和“虛斷”的概 念，集成運(yùn)放的凈輸入電壓為零即說明集成運(yùn)放有共模輸入電壓同相比例運(yùn)算電路凈輸入電流為零（即= m =因而，即表明與二同相且大于-1。同相比例運(yùn)算電路具有高輸入電阻、低輸出電阻的優(yōu)點，但有 共模輸入，所以為了提高運(yùn)算精度，應(yīng)當(dāng)選用高共模抑制比的集成 運(yùn)放。反相比例運(yùn)算電路 R一、反相比例運(yùn)算電路 反相比例運(yùn)算電路如圖所 示。輸入電壓-通過電阻R作用 于集成運(yùn)放的反相輸入端，故輸 出電壓與-1反相；電阻二跨 接在集成運(yùn)放的輸出端和反相輸 入端，引入了電壓并聯(lián)負(fù)反饋； 同相輸入端通過電阻廠接地，匚 為補(bǔ)償電阻，以保證集成運(yùn)放輸 入級差分放大電路的對稱性，其 值為-1=0時反相輸入端總等效