集成运放的线性应用

工作于线性状态的集成运放，通过负反馈电阻的调节可以改变、控制整个放大电路的放大能力，从而构成实际所需要的比例运算放大器件。

2．5．1 任务目标

(1)熟悉反相比例线性应用电路的结构及工作原理。

(2)掌握同相比例线性应用电路的结构及工作原理。

(3)掌握加法、减法运算线性应用电路的结构及工作原理。

2．5．2 基础知识

2．5．2．1 反相比例运算电路

1．电路组成

放大器件为集成运放，输入信号ui通过电阻R1加到集成运放的反相输入端，输出信号通过反馈电阻Rf返送到运放的反相输入端，构成电压并联负反馈，运放的同相输入端经电阻R2接地，R2叫平衡电阻，其大小为R2=R1∥Rf。电路结构如图2-5-1所示。

2．电路的工作原理

反相比例运算器的电压放大倍数为

式中负号表示输出电压uo和输入电压ui反相。

2．5．2．2 同相比例运算电路

(1)电路组成

输入信号ui通过平衡电阻R2加到集成运放的同相输入端，输出信号通过反馈电阻Rf返送到运放的反相输入端，构成电压串联负反馈，电路结构如图2-5-2所示。

图2-5-1 反相比例运算电路

图2-5-2 同相比例运算电路

(2)电路的工作原理

ui-=ui+=ui

由于ii=0，则i1=if，即

输出电压为

同相输入放大器的电压放大倍数为

表明输出电压uo和输入电压ui同相，且uo大于ui，即电压放大倍数Au＞1。

2．5．2．3 加法运算电路

1．电路组成

输入信号从反相输入端加入，又称反相加法运算电路。输入信号可以有多个，支路可对外扩展，电路结构如图2-5-3所示。

图2-5-3 加法运算电路

2．电路的工作原理

当ui1单独作用时，电路为反相输入放大器

同样，当ui2单独作用时

则ui1、ui2共同作用下电路输出电压为

当R1=R2=Rf时，则uo=-(ui1+ui2)，实现加法运算，负号表示输出电压与输入电压相位相反。

2．5．2．4 减法运算电路

1．电路组成

信号分别由同相端和反相端同时输入，电路结构如图2-5-4所示。

图2-5-4 减法运算电路

2．电路的工作原理

当ui1单独作用时，ui2=0，电路为反相输入方式，输出电压为

当ui2单独作用时，ui1=0，电路为同相输入方式，根据理想运放虚断的概念，ii=0，则

那么，ui1和ui2共同作用时，输出电压则为

如果在电路应用中，选择R1=R2，R3=Rf，则

当图中R1=R2=R3=Rf时，输出电压为uo=ui2-ui1，即可实现减法运算。

2．5．3 技能实训

集成运放的线性应用电路的制作与测试

2．5．3．1 实训目标

(1)增强专业意识，培养良好的职业道德和职业习惯。

(2)学习电子电路的连接。

(3)熟悉示波器的使用。

(4)会集成运放线性应用电路(反相比例、同相比例)的制作与测试。

2．5．3．2 实训器材

(1)万能板1板。

(2)双踪示波器1台。

(3)万用表1块，函数信号发生器1台。

(4)集成运放μA741(HA17741)，电阻10kΩ×2、100kΩ×2、2kΩ×2，电位器1kΩ ×1。

2．5．3．3 实训内容与步骤

1．反相比例运算实训

(1)按图2-5-5所示的电路正确连线，其中集成运放用的是μA741。

图2-5-5 反相比例运算实训电路

(2)将双路直流稳压电源两路均调到12V，分别接到集成运放的7脚和4脚，注意7脚是正电源，4脚是负电源，不能接错。

(3)两个2kΩ电阻和1kΩ的电位器RP组成简易信号源。简易信号上加上正负电源。调节RP可以改变A点对地电位的大小，没有做实训之前，先调RP使A点对地电压小一些。

(4)将运放的输入端接到A点，调节RP，使Ui按表中的数值要求(要用万用表在路监测)，然后用万用表测出不同输入时的对应输出电压，填入表2-5-1中。

表2-5-1 反相、同相比例运算测试

2．同相比例运算实训

(1)按图2-5-6所示的电路正确连线，其中集成运放用的是μA741。

(2)将双路直流稳压电源两路均调到12V，分别接到集成运放的7脚和4脚，注意7脚是正电源，4脚是负电源，不能接错。

图2-5-6 同相比例运算实训电路

(3)简易信号上加上正负电源。在没有做实训之前，先调RP使A点对地电压小一些。

(4)将运放的输入端接到A点，调节RP，使Ui按表中的数值要求(要用万用表在路监测)，然后用万用表测出不同输入时的对应输出电压，填入表2-5-1中。

(5)当输入信号为交流信号时，重复步骤(1)和(2)，并用示波器观察输入与输出之间的相位关系，表格自拟，在实验报告中做出。

2．5．3．4 实训考核

集成运放的线性应用电路的制作与测试实训考核评价如表2-5-2所示。

表2-5-2 考核评价表

注: 各项配分扣完为止。

2．5．3．5 实训思考

引入负反馈，可以促使集成运放工作于线性区，这是否意味着各基本运放电路中的集成运放一定工作于线性区? 为什么?

思考与练习三

1．设计比例运算电路，以实现下列功能，其中Rf取12kΩ。

(1)Uo=0．5Ui(2)Uo=3Ui

2．设计加法运算电路，以实现下列功能，其中Rf取10kΩ。

(1)Uo=-4(Ui1+Ui2) (2)Uo=0．5Ui1+5Ui2