详细解析集成运算放大电路比例运算的工作原理

详细解析集成运算放大电路比例运算的工作原理目录1、工作原理2、实际运用1、工作原理1、反相输入输入信号从反相输入端引入的运算便是反相运算。上图所示是反相比例运算电路。输入信号u1经过输入端电阻R1送到反相输入端。同向输入端通过电阻R2接地。反馈电阻跨接在输出端和反相输入端之间。分析电路:根据运算放大器工作在线性区时的两条分析依据:虚短和虚断的概念关于虚短和虚短的概念,不理解的可以参考这篇博客i1=iF,u-=u+=0。i1=u1/R1iF=(0-u0)/RF=-u0/RF因此u1/R1=

1、工作原理

1、反相输入
输入信号从反相输入端引入的运算便是反相运算。

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上图所示是反相比例运算电路。输入信号u1经过输入端电阻R1送到反相输入端。同向输入端通过电阻R2接地。反馈电阻跨接在输出端和反相输入端之间。

分析电路:
根据运算放大器工作在线性区时的两条分析依据:虚短和虚断的概念关于虚短和虚短的概念,不理解的可以参考这篇博客
i1 = iF,u- = u+ = 0。
i1 = u1/R1
iF = (0 - u0)/RF = -u0/RF
因此 u1/R1 = -u0/RF
u0/u1 = -RF/R1

总结:
输出电压和输入电压是比例运算关系。如果R1 和 RF的阻值足够精确,并且运算放大器的开环电压放大倍数很高,就可以认为u0 和 u1之间的关系只取决于RF和R1的比值和运算放大器本身的参数没有关系。式中的负号表示u0和u1反相。
图中的R2是一平衡电阻,R2 = R1//RF,其作用是消除静态基极电流对输出电压的影响。当RF = R1时,u0 = -u1,这就是反相器。
2、同向输入
输入信号从同向端输入的运算便是同相运算。

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输入信号从同相输入端引入的运算便是同相运算。
根据理想运算放大器工作在线性区时的分析依据:
i1 = iF
u- = u+ = u1
i1 = -u1/R1
iF = (u1 - u0) / RF
-u1/R1 = (u1 - u0) / RF
因此:u0/u1 = 1 + RF/R1

2、实际运用

1、计算下图中u0的电压大小

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分析: 电源+15V 经过两个 电阻分压后,在同相输入端得到+7.5V的输入电压。根据虚短可知,u- = u+ = 7.5V。 根据虚断可知i- = i+ = 0。此时u0+ = 7.5V电压才可以保证i- = 0。因此这是个电压跟随器。

2、在下图所示的两级运算电路中,R1 = 50k欧 RF = 100k欧。如果输入电压为1V,求输出电压u0.

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分析: 输入级A1是电压跟随器。它是串联电压负反馈电路,其输入电阻很高,能起到减轻信号源负担的作用。他的输出电压,u01 = u1 = 1V,作为输出级A2的输入。A2是反相比例运算电路,可得: u0 = -RF/R1 * u01 = -2V。

3、实际项目中的运用,输入端是一个能量计探头,它可以根据能量输出一个0~5V的模拟电压信号。这个电压信号经过A电压跟随器,产生跟随电压UA后,作为B的输入。B是同相比例运算电路,B产生的电压信号被AD采集进行计算。根据计算可以推导出U(E_Input)/ U(Energy_AD) = 5.6/3.6。

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