集成運(yùn)放器的特點(diǎn)及應(yīng)用

一、集成運(yùn)放器特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

高增益(可以配置較高的放大倍數(shù))

輸入阻抗高(對輸入信號影響小)

輸出阻抗低(對后級影響小)

共模抑制比較高，抗干擾能力強(qiáng)

1.1、當(dāng)工作在線性區(qū)

運(yùn)放器的放大倍數(shù)是一個很大的值，工作區(qū)指的是這個放大倍數(shù)有效的區(qū)域，因為一個運(yùn)放器不可能無限放大(受限于供電電壓和自身組成的元器件特性)，所以放大后的輸出電壓有一定的范圍，所以不可能超過這個范圍，工作在這個范圍內(nèi)，放大倍數(shù)有效的區(qū)域叫做線性區(qū)，而輸出電壓觸及到最大范圍(此時放大倍數(shù)已失效，無論輸入輸出相差多大，電壓維持在最大值)，叫做非線性區(qū)。

兩個重要特點(diǎn)

虛短(理想運(yùn)放兩端輸入電壓近似相等，即U+ = U-，故有虛短(不是絕對的短路，所以有點(diǎn)虛)的意思)

我們知道運(yùn)放輸出有如下公式，

轉(zhuǎn)換得到如下公式，由于放大倍數(shù)很大，右邊接近為0，所以得到U+ = U-的結(jié)論，即為我們所說的虛短。

一種個人理解，雖然公式是這樣算，我們也可以一種感性的理解，由于運(yùn)放的放大倍數(shù)很大，要想處于非線性區(qū)(上面解釋線性區(qū)的時候說明了條件)，則要求運(yùn)放兩端輸入電壓壓差不能相差太大，所以就能得到U+約等于 U-，也就是虛短了。

虛斷(理想運(yùn)放的輸入電流近似等于0，即 I+ = I- = 0)

由于運(yùn)放的輸入阻抗非常非常大，輸入電壓除以輸入阻抗則接近0，所以運(yùn)放器的兩端的輸入電流為0，就像斷開一樣，所以叫做虛斷。

1.2、當(dāng)工作在非線性區(qū)

此時輸出只有兩種可能：正最大、負(fù)最大。

其實可以當(dāng)做比較器(一般來說單純做比較器，成本會低些)，更常見的是不提供負(fù)電壓，則此時的情形是當(dāng)U+> U-時，輸出最大電壓(主要有運(yùn)放的供電電壓決定)，當(dāng)U+< U-，輸出0，這兩個一高一低的狀態(tài)，可以當(dāng)做邏輯狀態(tài)的1和0。

此時，仍滿足虛斷，但不滿足虛短(看看線性區(qū)與非線性區(qū)的說明即可)。

二、集成運(yùn)放器的應(yīng)用

2.1、反相比例運(yùn)算 ---- 輸出與輸入相位相反(即方向相反，負(fù)變正，正變負(fù))，大小成比例(放大或縮小)

反相比例運(yùn)算的原理圖如下，

得到輸出與輸入的關(guān)系如下(推導(dǎo)過程略)：其中負(fù)號體現(xiàn)了反相這一特性。

R1和Rf根據(jù)比例選取，R2一般是近似R1和Rf的并聯(lián)值，能夠增加電路的抗干擾能力。

注意： 工作在線性區(qū)，公式才有效。

應(yīng)用：很多設(shè)備(單片機(jī)等)都只能檢測到正壓，如果要檢測負(fù)壓，可以先通過該方法將負(fù)壓轉(zhuǎn)換成正壓，然后檢測。

2.2、同相比例運(yùn)算

電路原理圖如下：

得到輸出與輸入的關(guān)系如下(推導(dǎo)過程見-- 百度百科：同相比例運(yùn)算電路)：

R1和Rf根據(jù)比例選取，R2一般是近似R1和Rf的并聯(lián)值，能夠增加電路的抗干擾能力。

注意： 工作在線性區(qū)，公式才有效。

電壓跟隨器

此外，同相比例運(yùn)算有一個比較常用的形式：跟隨器。(詳細(xì)分析：電壓跟隨器的原理)

這種電路相當(dāng)于同相放大一倍，那這樣的電路存在的意義是什么?

存在即合理，電壓跟隨器常用作中間級，以 “隔離”前后級之間的影響 ，此時也稱之為緩沖級?；驹磉€是利用它的輸入阻抗高(對輸入信號影響小)和輸出阻抗低(輸出電壓不易被輸出端的負(fù)載影響)之特點(diǎn)，在電路中起阻抗匹配的作用。

2.3、反相加法運(yùn)算

電路如下：

公式如下：

Ri1、Ri2和Rf根據(jù)比例選取，R2一般是近似Ri1、Ri2和Rf的并聯(lián)值，能夠增加電路的抗干擾能力。

注意： 工作在線性區(qū)，公式才有效。

2.4、減法運(yùn)算

得到如下公式：

當(dāng)R1=R2, R3=Rf時，得到如下公式：

2.5、積分運(yùn)算電路

電路如下：

得到輸出的公式：(由虛短虛斷和電容電流計算公式推導(dǎo))

當(dāng)輸入信號為直流時，可以得到

其中，t是有限范圍的，不然Uo就會是無窮大(最大能達(dá)到運(yùn)放的供電電壓，或正或負(fù))，t大過這個范圍，則保持最大值，范圍如下：

2.6、微分運(yùn)算電路

輸出公式如下：

2.7、電壓比較器

前面的電路，運(yùn)放都是工作在線性區(qū)，而電壓比較器就是工作在非線性區(qū)的一種情況。

構(gòu)成電壓比較器的電路的條件很簡單：沒有負(fù)反饋回路。

輸出只有兩種結(jié)果，如下：(當(dāng)然，如果運(yùn)放的負(fù)電壓輸入端接地，即接入為0V時，下面的-Uo(sat)為0，這也是一種比較常見的形式，畢竟提供負(fù)電壓還是有些麻煩的)

輸出的結(jié)果有輸入兩端電壓決定，如下：