典型的运算放大器OP应用电路结构精华版Word格式.docx
《典型的运算放大器OP应用电路结构精华版Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《典型的运算放大器OP应用电路结构精华版Word格式.docx（13页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
图2.2.2所示为二极管网络接在反馈支路函数发生器及其传输特性。
图2.2.2二极管网络接在反馈支路函数发生器及其传输特性
图中，运放A1、A2、A3与其相应的外接元件构成具有不同偏置电压值的线性检波器。
输入信号vi分段经三个检波器输出，然后送到反相相加器A4，获总输出电压vo。
如果VR取正
值，则可以作出如图2.2.2（b）所示的传输特性，这一组折线可逼近抛物线。
3.电压一电流变换电路
在控制系统及测量设备中，通常要利用电压一电流变换电路，进行信号的电压一电流之间的变换。
例如，对电流进行数字测量时，首先需将电流变换成电压，然后再由数字电压表进行测量，因而需采用电流／电压（I/V）变换电路。
又如，在远距离监控系统中，必须把监控电压信号变换成电流信号进行传输，以消除传输导线阻抗对信号的影响。
3.1电流／电压变换电路
3.1.1电流／电压变换原理电路
图3.1.1所示为电流／电压变换原理电路。
图3.1.1电流／电压变换电路
设A为理想运算放大器，则
可见，输出电压vo正比于输入电流is，与负载RL无关，实现了I/V变换。
图3.1.1所示电路，要求电流源is的内阻Rs必须很大，否则，输入失调电压将被放大倍，产生很大的误差。
而且，电流is须远大于运放输入电流IB。
3.1.2负载不接地V/I变换电路
图3.1.2所示为负载不接地电压／电流变换原理电路。
负载RI接在反馈支路，兼作反馈电阻。
图3.1.2V／I变换电路
可见，负载RL的电流大小与输入电压vi成正比例，而与负载大小无关，实现V/I变换。
如果vi不变，则iL为恒流源。
图3.1.2所示电路，最大负载电流受运放最大输出电流的限制；
最小负载电流又受运放输入电流IB的限制而取值不能太小，而且vo＝iL2RL值不能超过运放输出电压范围。
图3.1.3所示为两种负载不接地V/I变换电路，由于输入信号改为直流电压E，故称为恒流源电路。
图3.1.3负载不接地V/I变换电路（恒流源电路）
3.1.3负载接地V/I变换电路图3.1.4所示为负载接地V/I变换电路。
图3.1.4负载接地V/I变换电路图3.1.5负载接地恒流源
4.电压一频率变换电路
电压一频率变换电路（VFC）能把输入信号电压变换成相应的频率信号，即它的输出信号频率与输入信号电压值成比例，故又称之为电压控制振荡器（VCO）。
VFC广泛地应用于调频、调相、模／数变换（A/D）、数字电压表、数据测量仪器及远距离遥测遥控设备中。
由通用模拟集成电路组成的VFC电路，尤其是专用模拟集成V/F转换器，其性能稳定、灵敏度
高、非线性误差小。
VFC电路通常主要由积分器、电压比较器、自动复位开关电路等三部分组成。
各种类型
VFC电路的主要区别在于复位方法及复位时间不同而已。
下面将讨论由运放构成的各种VFC
电路和典型的模拟集成V/F转换器。
4.1运放构成的VFC电路4.1.1简单的VFC电路图4.1.1所示为简单的VFC电路。
图4.1.1简单的VFC电路
从图4.1.1可知，当外输入信号vi＝0时，电路为方波发生器。
振荡频率fo为
当时，运放同相输入端的基准电压由vi和反馈电压Fvvo决定。
如vi＞0，则输出脉冲的频率降低，f＜fo；
如vi＜0，则输出脉冲的频率升高，f＞fo。
可见，输出信号频率随输
入信号电压vi变化，实现V/F变换。
4.1.2复位型VFC电路
复位型VFC电路采用各种不同形式的模拟电子开关对VFC电路中的积分器进行复位。
（1）场效应管开关复位型VFC电路
图4.1.3所示为场效应管开关复位型VFC电路及其波形。
图4.1.3场效应管开关复位型VFC电路及其波形
由图可知，接通电源后，由于比较器A2的反相输入端仅受VB（VB＞0）的作用，其输出端处于负向饱和状态vo2=vo2L（＜0＝，复位开关管T1栅极电位被箝位在数值很大的负电平上
而截止，输出管T2截止，输出电压vo＝VoL（0），VFC电路处于等待状态。
当输入正的信号vi后，反相积分器A1输出端电压Vol从零开始向负方向线性增加，当Vol的幅值|Vol|略大于VB（注意R2=R4）时，A2输出状态翻转，从负向饱和状态跳变到正向饱和状态,Vo2＝vo2H（＞0，T2饱和导通，Vo＝VoH（＞0），二极管D截止，Tl因栅极开路而导，C1通过Tl快速放电，|Vol|决速下降，A2的输出状态很快又翻转，vo2＝Vo2L，T2截止，Vo＝VOL，T1截止，vi又通过Al对Cl充电，vol又从接近零值开始向负方向线性增加，重复上述工作过程，因而输出端输出频率与输入信号vi的幅度大小有关的脉冲串。
当vi增大时，vo1向负方向增加的速度加快，A2输出端从负向饱和跳变到正向饱和状态的
时间提前，脉冲串频率升高；
当Vi减小时，则相反，脉冲串频率降低。
（2）双极型管开关复位型VFC电路
图4.1.4所示为双极型三极管开关复位型VFC电路及其波形。
图4.1.4双极型三极管开关复位型VFC电路及其波形
由图可知，当接通电源，且输入信号vi＝0时，由于比较器A2反相输入端电位（VD10）高于同相输入端电位（≤0）,A：
输出端处于负向饱和状态，Vo＝VoL（0）。
同时，开关管T
截止，积分器A1输出电压Vol=0。
VFC电路处于等待状态。
当输入负的信号vi时，vi经Al向Cl充电，vol正方向线性增加，当Vol上升到比较器A2的上门限电压时，A2输出状态翻转，从负向饱和状态跳变到正向饱和状态，vo＝VoH（0）。
此时，开关管T基极获正偏电压而饱和导通。
积分电容Cl通过T快速放电，vol快速下降。
当vol降到A2的下门限电压时，A2输出又跳变为负向饱和状态，Vo＝VoL。
4.1.3反馈型VFC电路
图4.1.5所示为反馈型VFC电路及其波形。
图4.1.5反馈型VFC电路及其波形
由图4.1.5可知，它由积分器A1、比较器A2及开关管T组成。
开关管不再与积分电容
C1并联，而是接在运放A1的反相输入端与地之间。
当接通电源，且vi＝0时，由于VR（0）的影响，使A2输出处于负向饱和状态，vo2＝Vo2L（
0）,开关管T截止，输出电压vo为低电平VoL。
4.1.4恒流源复位型VFC电路图4.1.6所示为恒流源复位型VFC电路。
图4.1.6恒流源复位型VFC电路
所谓恒流源复位，是指在积分电容C放电时，由复位电路产生的电流能使C在短时间内放电的电荷量与较长时间充电所得的电荷量相等，提高VFC的精度，这种电路又称电荷平衡型。
如图所示电路，当vi为－1mV~－10V范围变化时，输出脉冲频率范围为1Hz～10kHz，非线性失真误差低于0.02％，总精度可达0.04％。
输出信号的频率与输入信号幅度值成线
性正比例关系。
4.2集成化VFC电路
模拟集成V/F,F/V转换器，具有精度高、线性度高、温度系数低、功耗低、动态范围宽等一系列优点，目前已广泛地应用于数据采集、自动控制和数字化及智能化测量仪器中。
集成V/F、F/V转换器大多采用恒流源复位型VFC电路作基本电路。
4.2.1LM131系列
LM131系列V/F与F/V转换器，包括LM131/LM131A,LM231/LM231A和LM331/LM331A几种型号，是电荷平衡型转换器。
其工作频率可达到100kHz；
最大线性度，工作频率f＝10kHz时为0.01％，f＝100kHz时为0.014％（外增设运放OP）；
低功耗，Vcc=5V
时为15mW；
输出脉冲电平可与TTL、CMOS电路兼容。
图4.2.4所示为LM331和运放A（tcA741）构成的精密V/F转换电路。
图4.2.4LM331V/F转换电路
电路中，LM331的阀值电压端加上比较电平Vth6=Vcc/2＝7.5V，7脚输入的比较电压由外输入信号vi经运放A及Ri、Cf构成的反相积分器产生。
当积分器输出电压v7≥v6=Vth6时，芯片内单稳态定时电路中的R-S触发器置位，
，电流开关SW把镜象电流源is接通1脚流出，对Cf反方向充电，使积分输出电压下降，v7＜Vth6，芯片内单稳态定时电路中的放大管T截止，＋Vcc经Rt对Ct充电，vct上升，
当
时，R-S触发器复位，
，电流开关SW把is短接到地，放电管T导通，Ct通过T快速放电，
又对Cf正向充电，积分器输出电压正向线性增加，v7上升。
当
时，R-S触发器又置位。
如此循环往复，在输出端3脚产生一个频率为fo的脉冲波。
图4.2.5所示为LM331和运放A构成的精密FVC电路。
电路中，运放A作缓冲级，并构成二阶有源滤波器，当工作频率f＞1kHz时，纹波电压峰值小于5mV，而且响应速度快。
图4.2.5LM331精密FVC电路
图4.2.6所示为LM331与单片微处理器构成的数字化测量仪中的数据处理及显示电路。
图4.2.6LM331数据处理及显示电路
由图可知，多路模拟开关4052、程控放大器OP及低通滤波器Ri,Ci，对传感器产生0～5V的模拟输入信号进行预处理。
4052的八个通道，其中四个通道用于信号输入选通，而其中
一个通道接地，另三个通道连接在一起，可以在程序控制下，实现测量时的自动去零及量程的自动转换，如三个通道分别接不同传感器产生的模拟信号，则可以实现多信号检测；
八个通道中的另外四个通道与运放OP配合构成程控增益放大器，对小输入信号预放大。
阻容滤波器RLCL用于滤除微小的尖峰脉冲。
LM331实现模拟输入信号电压转换成频率变化的信号。
微处理器部分由单片微处理器CPU8031、程序存贮器2732、可编程接口8155及缓冲器和显
示器等组成。
电路中，采用计数法来测量LM331输出的频率信号。
8031芯片内的两个定时／计数器To和T1，置To为计数方式1，T1为定时方式1，定时时间为100ms，溢出十次可获得1秒的定时，此刻T。
的计数值即为LM331输出的频率值。
微处理器把双字节二进制的计数又
转换成5位BCD码，以便译码显示出待测的输入电压数值。
本系统的软件应包括测频，V/F转换非线性补偿、数据的转换及显示等模块。
4.2.2AD650
AD650是单片集成电荷平衡型V/F及F/V转换器。
其工作频率f可达到1MHz，具有输出连续跟踪输入、线性好的特点。
最大线性度，f=10kHz时为0.002％，f=100kHz时为0.005％，f=1MHz时为0.07％。
输入失调可调整至零，输出可与CMOS和TTL电平兼容。
图4.2.9所示为各类型输入电压时的AD650VFC电路。
三个电路中的AD650芯片，除2～4脚外，其余各引脚外围电路接法完全相同。
其中，图（a）为单极性正输入电压电路，与图2-4-14原理电路一样，正输入电压经积分电阻加到积分运放A1的反相输入端3脚，A1的同相输入端2脚接模拟地，由信号源提供积分电流来驱动AD6500双极性失调电流调整端4脚不用，悬空。
图（b）为单极性负输入电压电路，负输入电压加到积分器A1同相输入端，因A1两输入端“虚短”，故积分电流是通过R1、R3从模拟地（信号源正极）取出。
4端不用，悬空。
电路工作原理与图（a）基本相同，外围元件参数选择原则亦相同。
图（c）为双极性（士5V）输入电压电路。
双极性输入电压经积分电阻加到A1的反相输入端，同相输入端2脚接10kΩ电阻到模拟地。
4脚外接1.24kΩ的电阻到负电源端5脚，可得到标称值为0.5mA
（10％）的偏移电流源，使2脚得到
的偏移电压。
因A1两输入端“虚短”，即3脚电
压
，所以当输入信号
时，积分电流
。
电路工作原理与图2-4-14所示原理电路相同。
图4.2.9各类型输入电压时的AD650VFC电路
图4.2.10所示为AD650FVC电路。
图4.2.10AD650FVC电路
负极性频率信号经微分网络Cd和Rd后从比较器A2的反相输入端9脚输入，当负脉冲到，其前沿产生负向尖脉冲，使vo＜Vth＝一0.6V，比较器输出变高电平，触发单稳态电路进入暂稳定状态，输出高电平，使电流开关SW与积分器A1的反相输入端相接，恒流源is置入A1的反相输入端，对积分电容CINT充电，同时有漏电流流经R1和R3，积分输出电压vo线性上升，单稳态电路结束暂稳定状态，回到稳定状态后，CINT对R1、R3慢放电。
下一
个负脉冲到，电路又重复上述过程。
可见，输出电压vo的平均值与输入负脉冲的频率成正比，实现频率一电压转换功能。
根据模拟乘法器两输入电压X、Y的极性，乘法器有四个工作象限（又称区域），如图8.1.2
所示。
图8.1.2乘法器有四个工作象限（又称区域）
当X＞0，Y＞0时，乘法器工作于第I象限；
当X＞0，Y＜0时，乘法器工作于第Ⅳ象限，其
它按此类推。
如果两输入电压都只能取同一极性（同为正或同为负）时，乘法器才能工作，则称之为“单
象限乘法器”；
如果其中一个输入电压极性可正、
可负，而另一个输入电压极性只能取单一极性（即只能是正或只能是负），则称之为“二象限乘法器”；
如果两输入电压极性均可正、可负，则称之为“四象限乘法器”。
两个单象限
乘法器可构成一个二象限乘法器；
两个二象限乘法器则可构成一个四象限乘法器。
8.2模拟乘法器的传输特性
模拟乘法器有两个独立的输入量X和Y，输出量Z与X、Y之间的传输特性既可以用式（8.1.1）、（8.1.2）表示，也可以用四象限输出特性和平方律输出特性来描述。
8.2.1四象限输出特性
当模拟乘法器两个输入信号中，有一个为恒定的直流电压E,根据式得到
或
上述关系称为理想模拟乘法器四象限输出特性，其曲线如图8.2.1所示。
图8.2.1理想模拟乘法器四象限输出特性
由图可知，模拟乘法器输入、输出电压的极性关系满足数学符号运算规则；
有一个输入电压为零时，模拟乘法器输出电压亦为零；
有一个输入电压为非零的直流电压E时，模拟乘法器相当于一个增益为的放大器。
8.2.2平方律输出特性
当模拟乘法器两个输入电压相同，则其输出电压为
当模拟乘法器两个输入电压幅度相等而极性相反，则其输出电压为
上述关系称为理想模拟乘法器的平方律输出特性，其曲线如图8.2.2所示。
由图可知，是两
条抛物线。
图8.2.2理想模拟乘法器的平方律输出特性
8.2.3模拟乘法器的线性与非线性性质
模拟乘法器是一种非线性器件，一般情况下，它体现出非线性特性。
例如，两输入信号为
时，则输出电压为
可见，输出电压中含有新产生的频率分量。
又如X、Y均为直流电压时：
可见，一般情况下，线性迭加原理不适用于模拟乘法器。
然而，在一定条件下，模拟乘法器又体现出线性特性。
例如，X＝E（恒定直流电压）、Y＝v1+v2<
交流电压）时，则输出电压z为>
<
/交流电压）时，则输出电压z为>
可见，输出电压中，不含新的频率分量，而且符合线性迭加原理，故此时，模拟乘法器亦可
作线性器件使用。
8.3模拟集成乘法器在运算电路中的应用
8.3.1乘法与平方运算电路
图8.3.1所示为AD534或BB4214）构成的相乘运算电路。
图8.3.1相乘运算电路
当两个互不相关的模拟电压vx＝vi1、vy＝vi2加到两个输入端口时，其输出端电压vo将正
比于两输入端口电压的相乘积。
即
（8.3.1）
式中相乘增益。
若图8.3.1中的两输入端口加上同一输入电压，vx＝vy＝vi，则相乘运算变成自乘运算，即
平方运算。
这时输出电压vo为
*****提示：
为减少服务器的压力，请尽量不要使用迅雷等下载软件。
1.jpg（43.89KB）
2011-8-412:
09
2.jpg（6.81KB）
3.jpg（27.29KB）
4.jpg（31.13KB）
5.jpg（36.53KB）
6.jpg（33.13KB）
7.jpg（48.09KB）
8.jpg（2.81KB）
9.jpg（3.47KB）
10.jpg（2.92KB）
11.jpg（3.1KB）
12.jpg（1.99KB）
13.jpg（48.66KB）
14.jpg（52.57KB）
15.jpg（1.45KB）
16.jpg（4.24KB）
17.jpg（1.45KB）
18.jpg（40.79KB）
5.采样一保持电路
采样一保持（S/H）电路具有采集某一瞬间的模拟输入信号，并根据需要保持并输出所采集的电压数值的功能。
S/H电路广泛应用于多路快速数据检测系统。
5.1采样一保持电路基本工作原理及性能5.1.1S/H电路基本工作原理
S/H电路的原理电路、电路符号及波形如图5.1.1所示。
升级会员 