运算放大器16个基本运算电路 - 图文

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i1＝if。电路如图1所示，

RF100kΩR124V312 V XMM1U1A110kΩ38TL082CDV1500mV R29.1kΩV212 V 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： u0??因此闭环电压放大倍数为：

Auo?uoRf?? uiR1Rfui R12. 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，

RF10kΩV312 V XMM14U1A1238TL082CDR210kΩUi1100mV V212 V

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： uo?(1?Rf)ui R1

开环电压放大倍数 Auf?uoRf?1? uiR13. 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，

RF100kΩR310kΩR124V312 V XMM1U1A110kΩ38TL082CDUi1100mV Ui2200mV R24.7kΩV212 V 图3

计算公式如下，

uo??Rf(u1u2?) R1R2平衡电阻R2?Rf//R1//R3,当Rf?R1?R3时，输出电压u0??(u1?u2)

4. 减法运算电路

减法运算电路如图4所示，输入信号ui1、ui2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。

V312 V XMM142RF100kΩR1R3Ui1100mV 10kΩ38U1A110kΩUi2200mV R2100kΩTL082CDV212 V

图4

输出电压为：

uo?(1?RfR2Rf)ui2?ui1 R1R2?R3R1当R1?R2?R3?Rf时，输出电压uo?ui2?ui1

5. 微分运算电路

微分运算电路如图5所示，

R215kΩC222nFXFG1V3+A_+B_Ext Trig+_XSC1R11kΩC12412 V 122nF3U1A8TL082CDV212 V

图5

电路的输出电压为uo为：

dui dt 式中，R2C1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UOM,则R2C1的值必须满足：

UOM R2C1??dui()maxdtuo??R2C16. 积分运算电路

积分运算电路如图6所示，

C1XFG110uFV3+A_XSC1Ext Trig+_B+_R12412 V 110kΩ3U1A8TL082CDR350kΩV212 V 图6

其输出电压uo为：

1uidt ?R1C1 式中，R1C1为电路的时间常数。由于受到集成运放最大输出电压UOM的限制，选择R1、C1参数3，其值必须满足：

1R1C1??uidt

UOM?uo??7. 二阶低通滤波电路

二阶低通滤波电路如图7所示，

R327.4kΩV3C247nFR110kΩV1120 Vrms 60 Hz 0° R210kΩC147nFR424XBP112 V 147.5kΩ3U1A8INOUTTL082CDV212 V 图滤波电路的传递函数为：

A(s)?s?27 Auf?n2?nQ，s?j?n

2s??n通带增益 Auf?1?R3 R4

固有角频率 ?n?1

R1R2C1C2 品质因数 Q?R1R2CC12

C2(R1?R2)?(?1AufR)C118. 二阶高通滤波电路

二阶高通滤波电路如图8所示，

R110k|?R327.4k|?V3R424XBP112 V 1C1C247.5k|?3U1A8INOUT4.7nF4.7nFV1120 Vrms 60 Hz 0?? TL082CDR210k|?V212 V

图8

滤波电路的传递函数为：

Aufs2s2?A(s)??nQ

s??n2通带增益 Auf?1?R3 R4固有角频率 ?n?1

R1R2C1C2

品质因数 Q?1/?n

R2(C1?C)2?(1?Auf)RC229. 二阶带通滤波电路

二阶带通滤波电路如图9所示，

R327.4kΩR520kΩR424V3XBP112 V 1R110kΩV1120 Vrms 60 Hz 0° C247nFC110nF47.5kΩ3U1A8INOUTTL082CDR210kΩV212 V 图9

带通滤波器的中心频率f0、等效品质因数Q以及同频带BW分别为：

1, Q?1/(3?Auf)，BW?fo/Q

2?RCfo?式中，Auf?1?RF/R1为同相比例放大电路的电压增益。同样要求Auf必须小于3，电路才能稳定工作，当f?fo时，带通滤波器具有最大电压增益Auo，其值为：

Auo?Auf/(3?Auf)

10. 二阶带阻滤波电路

二阶带阻滤波电路如图10所示，

R449.9kΩR55.1kΩR3210kΩV3C11nFR110kΩV1120 Vrms 60 Hz 0° C31nF42XBP112 V 1U1A38INOUTR210kΩC22nFTL082CDV212 V 图10

带阻滤波器的中心频率f0、等效品质因数Q以及同频带BW分别为：

fo?11，Q?，BW?fo/Q

2?RC2(2?Auf)式中，Auf?1?RF/R1，为同相比例放大电路的电压增益。若Auf?1，则Q?0.5，增加Auf时，Q将随之升高。当Auf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，

XSC1XFG1V3+A_+B_Ext Trig+_R12410kΩ312 V R21U1A8TL082CD5.1kΩD2RD5.6V212 V D1RD5.6

图11

令参考电平U=0，则输入信号Ui与零比较，当输入电压Ui过零时，比较器发生

翻转。Ui>0，输出则为低电平；而Ui<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Ui从小变大过程中使输出电压Uo产生跃变的阀值电压UT1,不等于从大变小过程中使输出电

压Uo产生跃变的阀值电压UT2，电路具有滞回性。

从集成运放输出端的限幅电路可以看出，uo??Uz。集成运放反相输入端电位uN?u1，同相输入电位

up?R1UZ

R1?R2令uN?up，求出的uI就是阀值电压，得

?UT??R1UZ R1?R2XSC1XFG1V3+A_+B_Ext Trig+_R12410kΩ312 V R21U1A8R310kΩTL082CD5.1kΩD2RD5.6V212 V R4100kΩD1RD5.6 图12

当输入电压Ui与输出电压Uo在E点合成的电压过零时，比较器发生翻转。

UE?UiUoR4?R3

R3?R4R3?R4Ui??R3Uo R4电路翻转时UE=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，

RP1R143.5kΩC36.2nFC210nF500kΩKey=A60?6.2nFR3510kΩR251kΩ42V312 V AXSC1Ext Trig+_B_+_+U1A381TL082CDV10.71 Vrms 100 Hz 0° R433kΩV212 V C1240pFRP2500kΩ50%Key=A

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，

R250kΩD1XFG1421N4148V3R110kΩ38XSC1Ext Trig+12 V 1_D21N4148A+_+B_U1ATL082CDR39kΩV212 V

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：

uo??R2ui R115. 全波整流电路

全波整流电路如图15所示，

R510kΩR220kΩD1XFG142R630kΩXSC1D2461N4148V3R110kΩ38U1A112 V R410kΩ58U1BAB_+_Ext Trig+_+1N4148TL082CD7R39kΩV212 V R79kΩTL082CD 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，

857U1BR4R110kΩ10kΩR510kΩV3XSC14R8100kΩXFG164TL082CDR210kΩ2U2A12 V 1TektronixPG1234T38TL082CDV142R310kΩV412 V U1A12 V 1R610kΩR710kΩ3TL082CD8R9100kΩV212 V 图16

电路中，R4?R6?R,R5?R7?Rf，输出电压为：

uo??Rf2R1(1?)(ui1?ui2) RR2 当ui1?ui2?u时，R2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17

2. 同相比例运算电路按图2接好，仿真结果如图18所示。

图18

3. 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19

4. 减法运算电路按图4接好，仿真结果如图20所示。

图20

5. 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21

6. 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22

7.二阶低通滤波电路按图7接好，仿真结果如图23所示。

图23

8.二阶高通滤波电路按图8接好，仿真结果如图24所示。

图24

9. 二阶带通滤波电路按图9接好，仿真结果如图25所示。

图25

10. 二阶带阻滤波电路按图10接好，仿真结果如图26所示。

图26

11. 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27

12. 滞回比较电路按图12接好，仿真结果如图28所示。

图28

13.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29

14.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30

15.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31

16.三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，自己要学会思考。

四、参考文献

[1] 杨霓清. 高频电子线路实验及综合设计. 机械工业出版社. 2009.4 [2] 杨志忠. 电子技术课程设计. 机械工业出版社. 2008.7

[3] 朱庆欢，邓友娥 编. 电工电子技术实验. 暨南大学出版社. 2010.2 [4] 童诗白，华成英 编. 模拟电子技术基础。高等教育出版社. 2006.5

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/k6s.html