1、運(yùn)算放大器在實(shí)際中的應(yīng)用廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院 摘要：運(yùn)算放大器是目前應(yīng)用最廣泛的一種器件,當(dāng)外部接入不同的線性或非線性元器件組成輸入和負(fù)反饋電路時，可以靈活地實(shí)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(yùn)算電路。關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)組成，工作原理，基本原理電路,實(shí)際應(yīng)用 The application of Operational amplifier in practiceAbstract：Operational amplifier is one of the most widely used devices, when external access dif

2、ferent linear or nonlinear components of input and negative feedback circuit, can flexibly implement specific function. In the aspects of linear composition proportion, addition, subtraction, integral, differential, logarithm, simulation operation circuit. Keywords：structure ，working principle，The b

3、asic principle of the circuit ，The practical application緒論：模擬運(yùn)算放大器從誕生至今，已有40多年的歷史了。運(yùn)算放大器最早被設(shè)計(jì)出來的目的是用來進(jìn)行加、減、微分、積分的模擬數(shù)學(xué)運(yùn)算，因此被稱為“運(yùn)算放大器。直流放大電路在工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域中，特別是在一些測量儀器和自動化控制系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛。如在一些自動控制系統(tǒng)中，首先要把被控制的非電量（如溫度、轉(zhuǎn)速、壓力、流量、照度等）用傳感器轉(zhuǎn)換為電信號，再與給定量比較，得到一個微弱的偏差信號。因?yàn)檫@個微弱的偏差信號的幅度和功率均不足以推動顯示或者執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所以需要把這個偏差信號放大到需要的程度，再去推

4、動執(zhí)行機(jī)構(gòu)或送到儀表中去顯示，從而達(dá)到自動控制和測量的目的。因?yàn)楸环糯蟮男盘柖鄶?shù)變化比較緩慢的直流信號，分析交流信號放大的放大器由于存在電容器這樣的元件，不能有效地耦合這樣的信號，所以也就不能實(shí)現(xiàn)對這樣信號的放大。能夠有效地放大緩慢變化的直流信號的最常用的器件是運(yùn)算放大器。運(yùn)算放大器最早被發(fā)明作為模擬信號的運(yùn)算（實(shí)現(xiàn)加減乘除比例微分積分等）單元，是模擬電子計(jì)算機(jī)的基本組成部件，由真空電子管組成。目前所用的運(yùn)算放大器，是把多個晶體管組成的直接耦合的具有高放大倍數(shù)的電路，集成在一塊微小的硅片上。運(yùn)放是一個從功能的角度命名的電路單元，可以由分立的器件實(shí)現(xiàn)，也可以實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片當(dāng)中。一、運(yùn)算放大器的

5、結(jié)構(gòu)組成和工作原理 運(yùn)算放大器一般由4個部分組成，偏置電路，輸入級，中間級，輸出級。 圖1運(yùn)算放大器的特性曲線 圖2運(yùn)算放大器輸入輸出端圖示 圖1是運(yùn)算放大器的特性曲線，一般用到的只是曲線中的線性部分。如圖2所示。U-對應(yīng)的端子為“-”，當(dāng)輸入U-單獨(dú)加于該端子時，輸出電壓與輸入電壓U-反相，故稱它為反相輸入端。U+對應(yīng)的端子為“”，當(dāng)輸入U+單獨(dú)由該端加入時，輸出電壓與U+同相，故稱它為同相輸入端。 輸出：U0= A(U+-U-) ； A稱為運(yùn)算放大器的開環(huán)增益（開環(huán)電壓放大倍數(shù)）。在實(shí)際運(yùn)用經(jīng)常將運(yùn)放理想化，這是由于一般說來，運(yùn)放的輸入電阻很大，開環(huán)增益也很大，輸出電阻很小，可以將之視為理

6、想化的，這樣就能得到:開環(huán)電壓增益Aud=；輸入阻抗ri=；輸出阻抗ro=0；帶寬fBW=；失調(diào)與漂移均為零等理想化參數(shù)。若輸出電壓UO與輸入電壓之間滿足關(guān)系式：UOAud（U+U）,由于Aud=，而UO為有限值，因此，U+U0。即U+U，稱為“虛短”。由于ri=，故流進(jìn)運(yùn)放兩個輸入端的電流可視為零，即IIB0，稱為“虛斷”,這說明運(yùn)放對其前級吸取電流極小。也就有我們常常說的虛短、虛斷甚至有的情況還有虛地等情況。二、運(yùn)算放大器的實(shí)際應(yīng)用和工作原理 運(yùn)算放大器有的特點(diǎn)是開環(huán)輸入阻抗低，輸入噪聲低、增益稍低、成本低，精度不太高，功耗較高。模擬運(yùn)算放大器。根據(jù)靈活運(yùn)用運(yùn)算放大器我們可以實(shí)現(xiàn)多種靈活的

7、運(yùn)用來實(shí)現(xiàn)我們所需要的功能。下面列舉幾個詳細(xì)的例子。運(yùn)放的應(yīng)用的基礎(chǔ)電路-比例電路：所謂比例電路需要將輸入信號按比例放大的電路。比例電路有分為反向比例電路，同向比例電路，差動比例電路等。下面列舉同向比例電路。同向比例電路如圖1所示，跟反向比例電路本質(zhì)上差不多，除了同向接地的一段是反向輸入端:同相比例電路電路圖 它的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為： ； RR1 / RF只要改變比例系數(shù)就能改變輸出電壓，且Ui與U0的方向相同，同向比例電路對集成運(yùn)放的共模抑制比要求高。運(yùn)放的基礎(chǔ)電路還有和/差電路。積分電路和微分電路。對數(shù)和指數(shù)運(yùn)算電路。這里就不詳細(xì)列舉了。利用對數(shù)和指數(shù)運(yùn)算以及比例，和差運(yùn)算電路

8、，可組成乘法或除法運(yùn)算電路和其它非線性運(yùn)算電路。運(yùn)放的應(yīng)用-無源濾波電路濾波電路的作用：允許規(guī)定范圍內(nèi)的信號通過；而使規(guī)定范圍之外的信號不能通過。濾波電路的分類：低通濾波器：允許低頻率的信號通過，將高頻信號衰減；高通濾波器：允許高頻信號通過，將低頻信號衰減；帶通濾波器：允許一定頻帶范圍內(nèi)的信號通過，將此頻帶外的信號衰減；帶阻濾波器：阻止某一頻帶范圍內(nèi)的信號通過，允許此頻帶以外的信號衰減； 僅由無源元件（電阻、電容、電感）組成的濾波電路，為無源濾波電路。它有很大的缺陷如：電路增益小，驅(qū)動負(fù)載能力差等。為此我們要學(xué)習(xí)有源濾波電路。運(yùn)放的應(yīng)用-有源濾波電路有源濾波器是指利用放大器、電阻和電容組成的濾

9、波電路，可用在信息處理、數(shù)據(jù)傳輸、抑制干擾等方面。但因受運(yùn)算放大器頻帶限制，這種濾波器主要用于低頻范圍。下面選擇兩個實(shí)例應(yīng)用.運(yùn)放的實(shí)例應(yīng)用-比較器當(dāng)去掉運(yùn)放的反饋電阻時,或者說反饋電阻趨于無窮大時(即開環(huán)狀態(tài)),理論上認(rèn)為運(yùn)放的開環(huán)放大倍數(shù)也為無窮大(實(shí)際上是很大,如LM324運(yùn)放開環(huán)放大倍數(shù)為100dB，既10萬倍)。此時運(yùn)放便形成一個電壓比較器，其輸出如不是高電平（V+），就是低電平（V-或接地）。當(dāng)正輸入端電壓高于負(fù)輸入端電壓時，運(yùn)放輸出低電平圖中使用兩個運(yùn)放組成一個電壓上下限比較器，電阻R1、R1組成分壓電路，為運(yùn)放A1設(shè)定比較電平U1；電阻R2、R2組成分壓電路，為運(yùn)放A2設(shè)定比較

10、電平U2。輸入電壓U1同時加到A1的正輸入端和A2的負(fù)輸入端之間，當(dāng)Ui U1時，運(yùn)放A1輸出高電平；當(dāng)Ui U2，則當(dāng)輸入電壓Ui越出U2，U1區(qū)間范圍時，LED點(diǎn)亮，這便是一個電壓雙限指示器。若選擇U2 U1，則當(dāng)輸入電壓在U2，U1區(qū)間范圍時，LED點(diǎn)亮，這是一個“窗口”電壓指示器。此電路與各類傳感器配合使用，稍加變通，便可用于各種物理量的雙限檢測、短路、斷路報(bào)警等。運(yùn)放的應(yīng)用-單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器此電路可用在一些自動控制系統(tǒng)中。電阻R1、R2組成分壓電路，為運(yùn)放A1負(fù)輸入端提供偏置電壓U1，作為比較電壓基準(zhǔn)。靜態(tài)時，電容C1充電完畢，運(yùn)放A1正輸入端電壓U2等于電源電壓V+，故A1輸出高電平。

11、當(dāng)輸入電壓Ui變?yōu)榈碗娖綍r，二極管D1導(dǎo)通，電容C1通過D1迅速放電，使U2突然降至地電平，此時因?yàn)閁1U2，故運(yùn)放A1輸出低電平。當(dāng)輸入電壓變高時，二極管D1截止，電源電壓R3給電容C1充電，當(dāng)C1上充電電壓大于U1時，既U2U1，A1輸出又變?yōu)楦唠娖?，從而結(jié)束了一次單穩(wěn)觸發(fā)。顯然，提高U1或增大R2、C1的數(shù)值，都會使單穩(wěn)延時時間增長，反之則縮短。如果將二極管D1去掉，則此電路具有加電延時功能。剛加電時，U1U2，運(yùn)放A1輸出低電平，隨著電容C1不斷充電，U2不斷升高，當(dāng)U2U1時，A1輸出才變?yōu)楦唠娖健＿\(yùn)放的應(yīng)用-同相交流放大器同相交流放大器的特點(diǎn)是輸入阻抗高。其中的R1、R2組成1/2V+分壓電路，通過R3對運(yùn)放進(jìn)行偏置。電路的電壓放大倍數(shù)Av也僅由外接電阻決定：Av=1+Rf/R4，電路輸入電阻為R3。R4的阻值范圍為幾千歐姆到幾十千歐姆。也可以實(shí)現(xiàn)反向交流放大器。三，總結(jié) 運(yùn)算放大器被廣泛的運(yùn)用在各個種元器件上。對于各個行業(yè)各個領(lǐng)域都是很有幫助的。熟悉掌握運(yùn)算放大器的使用，不管對于自動化或者是發(fā)電專業(yè)的同學(xué)都是非常有幫助的。在生活中例如把負(fù)電壓轉(zhuǎn)成正值，開關(guān)延遲電路，受控源等，都應(yīng)用了運(yùn)算放大器，HI-FI 音響，或者用于信號放大。手機(jī)，電腦，各種高科技元器件，電力傳輸?shù)鹊雀鱾€方面。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，大部分