深入了解运放在电路设计中的关键应用与计算方法

1、反相输入比例运算电路
反相输入比例运算电路如下图所示，

其电压放大倍数为

在实际应用时应注意：
（1）此类电路的电压放大倍数不宜过大。通常Rf宜小于1MΩ，因Rf过大会影响阻值的精度；R1不宜过小，R1过小将要从信号源或前级吸取较大的电流。
（2）作为闭环负反馈工作的放大器，其小信号上限工作频率fH 受运放增益带宽积GBW= Avd*fH的限制。以μA741为例，μA741基本参数如下：

其开环差模电压放大倍数Aud=10^5倍，开环fH=10Hz，故运放的单位增益上限频率fT=1MHz，即作为电压跟随器或反相器工作时的最高工作频率为1MHz。若用μA741设计Auf为20dB即便10倍的放大电路，则电路允许的上限频率为100kHz。
（3）如果运放工作于大信号输入状态，则此时电路的最大不失真输入幅度Vim及信号频率将受运放转换速率SR的制约。仍以μA741为例，其SR=0.5 V/μs,若输入信号的最高频率为100kHz，则其不失真最大输入电压Vim<=(SR)/(2*pi*fmax)=0.5*10^6/2*pi*10^5=0.8V。 SR：压摆率单位时间（一般用微秒）器件输出电压值的可改变的范围。 (4) 该电路中R1=RF时，Au=-1,Uo=-Ui,为反相器。

2、单电源供电反相交流放大器单电源供电反相交流放大电路以LM358为例，电路图如下所示：

该反向放大器的特点和使用技巧：
（1）输出信号与输入信号反相。
（2）输入阻抗较低，约为R1，这是我们不希望的。
（3）输出阻抗较小，这一指标较好。
（4）电压放大倍数由R1和Rf比例确定，可以做的比较高。
（5）共模抑制比CMRR较好。
推荐电压放大倍数不大于30dB（约33倍），R1和Rf可在1千欧～几百千欧间选。一般R1取值范围1k～20k，Rf取值为（1～33）R1。这里指出一个误区，在电子设计制作或实验时，往往加大Rf/R1的值，以获得大的Au，以为Au越大越好，事实上，当Au>33时已超出运放的线性范围，是不可取的，应予注意。
3、同相输入比例运算电路同相输入比例运算电路如下图所示，

其电压放大倍数为：

为使输入电流引起的误差最小，应取平衡电阻Rp=Rf//R1。当Rf//R1=0时，即使用一根导线替代Rf，Auf=1，电路演变成为电压跟随器。该同向放大器的特点和使用技巧：
（1）输出信号与输入信号同相。
（2）电压放大倍数由R1与RF的比例确定，可以做得比较高。
（3）由于电路引入深度电压串联负反馈，使得输入电阻增加（1+AF）倍，可高达几兆欧，输出电阻减少1/(1+AF倍)，一般可视为0.。关注公众号“电路一点通” 回复进群. 当然输入阻抗较高是同向放大器的优点。
（4）同向放大器的共模输入电压不为0，所以共模抑制比CMRR较小。
使用时推荐电压放大倍数不大于30dB（约33倍），R1和Rf可在1千欧～几百千欧间选。一般R1取值范围1k～20k，Rf取值为（1～33）R1。Au,R1，RF的选取和反向放大器一样。
4、反相输入比例求和电路反相输入比例求和电路如图所示，

其输出电压为

平衡电阻Rp= Rf// R1// R2// R3。

5、差动放大电路差动放大电路如图所示，

其输出电压为Vo= -(Rf/ R1)*V1+(1+ Rf/ R1)*(1+ R3/ (R2+ R3))*V2

6、积分运算电路积分运算电路如图所示。

其输出电压为

电路中电容为反馈电容。可以实现波形变换，将矩形波变为锯齿波，还可实现移相90°、延时等。通常，为限制低频电压增益，在积分电容C两端并联一个阻值较大的电阻Rf。当输入信号的频率：fi>1/（2*pi* RfC）时，电路为积分器；若fi<<1/（2?*pi*RfC），则电路近似于反相比例运算器，其低频电压放大倍数Avf约等于-Rf/ R1 。当Rf=100kΩ、C=0.022uF时，积分与比例运算的分界频率约为1/（2*pi*pi*RfC）= 1/（2*pi*100*10^3*0.022*10^6）=72Hz。
7、微分电路将积分电路RC互换位置，便得到微分电路。能将矩形波变为正负尖脉冲，能将输出信号超前移相90度。电路图如下所示：