运算放大器16个基本运算电路

1、一、 电路原理分析与计算1. 反相比例运算电路输入信号从反相输入端引入的运算，便是反相运算。反馈电阻RF跨接在输出端和反相输入端之间。根据运算放大器工作在线性区时的虚开路原则可知：i-0，因此i1if。电路如图1所示，图1根据运算放大器工作在线性区时的虚短路原则可知：u-u+0。由此可得： 因此闭环电压放大倍数为：2. 同相比例运算电路输入信号从同相输入端引入的运算，便是同相运算。电路如图2所示，图2根据运算放大器工作在线性区时的分析依据：虚短路和虚开路原则 因此得： 开环电压放大倍数 3. 反相输入加法运算电路 在反相输入端增加若干输入电路，称为反向输入加法运算电路。电路如图3所示，图3计算

2、公式如下，平衡电阻,当时，输出电压4. 减法运算电路减法运算电路如图4所示，输入信号、分别加至反相输入端和同相输入端，这种形式的电路也称为差分运算电路。图4输出电压为：当时，输出电压5. 微分运算电路微分运算电路如图5所示，图5 电路的输出电压为为： 式中，为微分电路的时间常数。若选用集成运放的最大输出电压为,则的值必须满足：6. 积分运算电路积分运算电路如图6所示，图6 其输出电压为： 式中，为电路的时间常数。由于受到集成运放最大输出电压的限制，选择、参数3，其值必须满足：7. 二阶低通滤波电路二阶低通滤波电路如图7所示，图7滤波电路的传递函数为：， 通带增益 固有角频率 品质因数 8. 二

3、阶高通滤波电路二阶高通滤波电路如图8所示，图8滤波电路的传递函数为：通带增益 固有角频率 品质因数 9. 二阶带通滤波电路二阶带通滤波电路如图9所示，图9带通滤波器的中心频率、等效品质因数Q以及同频带BW分别为：, ，式中，为同相比例放大电路的电压增益。同样要求必须小于3，电路才能稳定工作，当时，带通滤波器具有最大电压增益，其值为：10. 二阶带阻滤波电路二阶带阻滤波电路如图10所示，图10 带阻滤波器的中心频率、等效品质因数Q以及同频带BW分别为：，式中，为同相比例放大电路的电压增益。若，则，增加时，Q将随之升高。当趋近2时，Q趋向无穷大。而带阻滤波器的品质因数越大，阻带宽度越窄，其阻带特性

4、越接近理想状态。11. 过零电压比较电路过零电压比较电路如图11所示，图11 令参考电平U=0，则输入信号与零比较，当输入电压过零时，比较器发生翻转。0，输出则为低电平；而0，输出则为高电平。这种电路可作为零电平检测器。该电路也可用于“整形”，将不规则的输入波形整形成规则的矩形波。12. 滞回比较电路滞回比较电路如图12所示，电路有两个阀值电压，输入电压从小变大过程中使输出电压产生跃变的阀值电压,不等于从大变小过程中使输出电压产生跃变的阀值电压，电路具有滞回性。 从集成运放输出端的限幅电路可以看出，。集成运放反相输入端电位，同相输入电位令，求出的就是阀值电压，得图12 当输入电压与输出电压在E

5、点合成的电压过零时，比较器发生翻转。电路翻转时=0，代入上式有：13. 音响的音调控制电路音响的音调控制电路如图13所示，图13其实质是对放音通道频响特性实施控制。音调的控制不像音量控制,它只对某一段频率的信号进行提升或衰减,不影响其它频段信号的输出,而音量是对整个音频信号频率范围进行同步控制。14. 半波整流电路半波整流电路如图14所示，图14 由反相比例运算电路和二极管的性质可知，电路是通负值的交流电，当输入电压为正值时输出电压为0，当输入电压为正值是输出电压为：15. 全波整流电路全波整流电路如图15所示，图15全波整流电路是一种对交流整流的电路，能够把交流转换成单一方向电流，最少由两个

6、整流器合并而成，一个负责正方向，一个负责负方向，最典型的全波整流电路是由四个二极管组成的整流桥，一般用于电源的整流。全波整流输出电压的直流成分（较半波）增大，脉动程度减小，但变压器需要中心抽头、制造麻烦，整流二极管需承受的反向电压高，故一般适用于要求输出电压不太高的场合。16. 三运放构成的放大器电路 三运放构成的放大器电路如图16所示，图16 电路中，,，输出电压为： 当时，中电流为零，输出电压为零。可见，电路放大差模信号，抑制共模信号。差模放大倍数数值越大，共模抑制比越高。当输入信号中含有共模噪声时，也将被抑制。二、 仿真结果1. 反相比例运算电路按图1接好，仿真结果如图17所示。图172

7、. 同相比例运算电路按图2接好，仿真结果如图18所示。图183. 反相输入加法运算电路按图3接好，仿真结果如图19所示。图194. 减法运算电路按图4接好，仿真结果如图20所示。图205. 微分运算电路按图5接好，输入100Hz/2V的方波，仿真结果如图21所示。图216. 积分运算电路按图6接好，输入100Hz/2V的方波，仿真结果如图22所示。图227.二阶低通滤波电路按图7接好，仿真结果如图23所示。图238.二阶高通滤波电路按图8接好，仿真结果如图24所示。图249. 二阶带通滤波电路按图9接好，仿真结果如图25所示。图2510. 二阶带阻滤波电路按图10接好，仿真结果如图26所示。图

8、2611. 过零电压比较电路按图11接好，信号源输入2V/100Hz的正弦波，仿真结果如图27所示。图2712. 滞回比较电路按图12接好，仿真结果如图28所示。图2813.音响的音调控制电路按图13接好，输入100Hz，0.71V的信号，仿真结果如图29所示。图2914.半波整流电路按图14接好，输入一个100Hz/100mV的信号，仿真结果如图30所示。图3015.全波整流电路按图15接好，输入一个100Hz/100mV的信号，仿真结果如图31所示。图3116.三运放构成的放大电路按图16接好，输入一个100Hz/100mV信号，仿真结果如图32所示。图32三、心得体会 在做实验前,一定要

9、将课本上的知识吃透,因为这是做实验的基础,否则,在老师讲解时就会听不懂,这将使你在做实验时的难度加大,浪费做实验的宝贵时间.做实验时,一定要亲力亲为,务必要将每个步骤,每个细节弄清楚,弄明白,实验后,还要复习,思考,这样,你的印象才深刻,记得才牢固,否则,过后不久你就会忘得一干二净,这还不如不做.老师将一些课本上没有的知识教给我们,拓宽我们的眼界,使我们认识到这门课程在生活中的应用是那么的广泛.通过这次测试技术的实验,使我学到了不少实用的知识,更重要的是,做实验的过程,思考问题的方法,这与做其他的实验是通用的,真正使我们受益匪浅. 在实验的过程中我们要培养自己的独立分析问题，和解决问题的能力。培养这种能力的前题是你对每次实验的态度。如果你在实验这方面很随便，抱着等老师教你怎么做，拿同学的报告去抄，尽管你的成绩会很高，但对将来工作是不利的。比如在做回转机构实验中，经老师检查，我们的时域图波形不太合要求，我首先是改变振动的加速度，发现不行，再改变采样频率及采样点数，发现有所改善，然后不断提高逼近，最后解决问题，兴奋异常。在写实验报告，对于思考题，有很多不懂，于是去问老师，老师的启发了我，其实答案早就摆在报告中的公式，电路图中，自己要学会