运算放大器的组成与输出特性，运算放大器的线性应用

　　集成运算放大器的电路可分为输入级、中间级、输出级和偏置电路四个基本组成部分（图1）输入级是提高运算放大器质量的关键部分，要求其输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信号。输入级都采用差分放大电路，它有同相和反相两个输入端。中间级主要进行电压放大，要求它的电压放大倍数高，一般由共发射极放大电路构成。输出级与负载相连，要求其输出电阻低，带负载能力强，能输出足够大的电压和电流，一般由互补对称电路或射极输出器构成。偏置电路的作用是为上述各级电路提供稳定和合适的偏置电流，决定各级的静态工作点，一般由各种恒流源电路构成。

　　在应用集成运算放大器时，需要知道它的几个管脚的用途以及放大器的主要参数，至于它的内部电路结构如何一般是无关紧要的。集成运算放大器可用图2的符号来表示。图中所示的是F007（5G24）集成运算放大器的外形、管脚和符号图。它有双列直插式［图2a］和圆壳式［图2b］两种封装。这种运算放大器需要与外电路相接的是通过7个管脚引出的。各管脚的功能是：

　　1，5——外接调零电位器（通常为10KΩ）的两个端子。

　　2——反相输入端。由此端接输入信号，则输出信号和输入信号是反相的（或两者极性相反）。

　　3——同相输入端。由此端接输入信号，则输出信号和输入信号是同相的（或两者极性相同）。

　　4——负电源端。接-15V稳压电源。

　　6——输出端。

　　7——正电源端。接+15V稳压电源。

　　8——空脚。

　　运算放大器的输出特性：

　　仅从外部端子分析，运放是一种高放大倍数的电压放大器。既可用于交流电压放大，又能用于缓变或直流电压放大。用V、V分别表示同相输入端和反相输入端的节点电压，则输入端口电压即差动输入电压为Vd=V+-V-路情况下，输出电压Vo与差动输入电压Vd曲线可近似用图1所示的折线来表示。

　　线中的水平部分称为运放的饱和区，中间部分为线性区，在此区域内输出电压Vo电压Vd成正比（-Vcc《Vo《+V++）。输出电压与输入电压之比称为开环增益或开环电压放大倍数。本文只介绍运放工作在线性区时的功能和分析方法。在线性区内，运放的电路模型如图2所示。

　　运算放大器的线性应用：

　　1、相比例运算放大器

　　图一，运放的同向端接地=0V，反向端和同向端虚短，所以也是0V，反向输入端输入电阻很高，虚断，几乎没有电流注入和流出，那么R1和Rf相当于是串联的，流过一个串联电路中的每一只组件的电流是相同的，即流过R1的电流和流过R2的电流是相同的。流过R1的电流

　　I1 = （Ui -U-）/R1 ……a

　　流过R2的电流 I2 = （U- - Uo）/R2 ……b

　　U- = U+ = 0 ……c

　　I1 = I2 ……d

　　求解上面的初中代数方程得 Uo = （-Rf/R1）*Ui

　　这就是传说中的反向比例运算放大器的输入输出关系式了。

　　2、相比例运算放大器

　　图二中Ui与U-虚短，则Ui =U- ……a

　　因为虚断，反向输入端没有电流输入输出，通过R1和Rf 的电流相等，设此电流为I，由欧姆定律得：

　　I = Uo/（R1+R2） ……b

　　Ui等于Rf上的分压， 即： Ui = I*R2 ……c

　　由abc式得Uo=Ui*（R1+Rf）/Rf

　　这就是传说中的同相比例运算放大器的公式了。

　　3、加法器（1）

　　图三中，由虚短知： U- = U+ = 0 ……a

　　由虚断及基尔霍夫定律知，通过R1与R2的电流之和等于通过Rf的电流，

　　故 （U1 – U-）/R1 + （U2 – U-）/R2 = （Uo – U-）/R3 ……b

　　代入a式，b式变为 U1/R1 + U2/R2 = Uo/Rf

　　如果取R1=R2=R3，则上式变为 Uo=U1+U2

　　这就是传说中的加法器了。

　　4、加法器（2）

　　请看图四， 因为虚断， 运放同向端没有电流流过，则流过R1和R2的电流相等，同理流过R4和R3的电流也相等。故

　　（U1 – U+）/R1 = （U+ - U2）/R2 ……a

　　（Uo – U-）/Rf = U-/R3 ……b

　　由虚短知： U+ = U- ……c

　　如果R1=R2，Rf=R3，则由以上式子可以推导出

　　U+ = （U1 + U2）/2 U- = Uo/2

　　故 Uo = U1 + U2 可见该电路也是一个加法器电路。

　　5、减法器

　　图五由虚断知，通过R1的电流等于通过R2的电流，同理通过R4的电流等于R3的电流，

　　故有 （Ui2 – U+）/R2 = U+/R3 ……a

　　（Ui1 – U-）/R1 = （U- - Uo）/Rf……b

　　如果R2=R3， 则 U+ = Ui2/2 ……c

　　如果Rf=R3， 则U- = （Uo + U1）/2 ……d

　　由虚短知 U+ = U- ……e

　　所以 Uo=U2-U1

　　这就是传说中的减法器了。

　　6、积分电路

　　图六电路中，由虚短知，反向输入端的电压与同向端相等，由虚断知，通过R1的电流与通过C的电流相等。 通过R的电流 i=U1/R 通过C的电流 i=C*dUc/dt=-C*dUo/dt

　　所以 Uo=（（-1/（R*C））∫Uidt

　　输出电压与输入电压对时间的积分成正比，这就是传说中的积分电路了。

　　若Ui为恒定电压U，则上式变换为Uo = -U*t/（R*C） t 是时间，则Uo输出电压是一条从0至负电源电压按时间变化的直线。

　　7、微分电路

　　图七中由虚断知，通过电容C1和电阻R1的电流是相等的，由虚短知，运放同向端与反向端电压是相等的。则

　　Uo = -i * R = -（R*C）dUi/dt

　　这是一个微分电路。

　　如果Ui是一个突然加入的直流电压，则输出Uo对应一个方向与Ui相反的脉冲。