运算放大器的应用

在本教程中，我们将了解运算放大器的不同应用。OP-AMPS是具有广泛实现的基本模拟电路之一。我们将在这篇文章中了解一些重要但更常用的运算放大器应用程序。

OP-AMP比较器

在电子设备中，比较器是比较两个电压（或电流）的电路配置，并指示哪一个更大。因此，对比较器的输入本质上应不同。可以使用OP-AMPS轻松配置比较器，因为OP-AMPS具有高增益和平衡差值输入。

理论上，一个开环配置(无反馈)的运放可以用作比较器。当输入电压在非反相端子V₊大于反相输入端子V处的电压_{- - - - - -}，OP-AMP的输出在其正极端饱和。当非反相输入电压降至反相输入电压以下时，OP-AMP输出切换到其负饱和度水平。比较器电路最广泛应用于模数转换器（ADC）和振荡器。

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OP-AMP反相比较器

在反相比较器中，输入电压V_在应用于运算放大器的反相输入端子，通过电阻器r连接非反相输入端子连接到参考电压。₁和R.₂。只要输入电压V_在小于参考电压V_裁判时，运算放大器的输出保持正饱和。当V_在远远超过参考电压，OP-AMP的输出切换到其负饱和度水平，并且只要V即可保持负饱和_在小于V_裁判。使用运放的比较器电路如下图所示。

通过选择电阻器r的值₁和R.₂，参考电压V_裁判可以调整，比较器可用于将输入电压与相应的参考电压进行比较。

V_出去= + V_星期六;如果V_在裁判

= - v_星期六;如果V_在> V._裁判

运放反相比较器的输入输出波形如下图所示。

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OP-AMP非反相比较器

在运放非反相比较器的情况下，输入电压V_在应用于非反相输入端和参考电压V_裁判，连接到反相输入端子。当输入电压V_在大于参考电压v_裁判，OP-AMP输出呈正饱和。在实践中，差异（v_在-v._裁判)将是一个正值。由于没有对运放输入的反馈，运放的开环增益将是无穷大。因此，输出将摆动到其可能的最大值+Vsat。当输入电压低于参考电压时，输出切换到负饱和电压。

V_出去= + V_星期六;如果V_在> V._裁判

= - v_星期六;如果V_在裁判

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运放对数放大器

操作放大器可以配置为用作对数放大器或简单的对数放大器。对数放大器是一种非线性电路配置，输出是K倍率施加输入电压的对数值。Log放大器在计算中找到应用中的应用，乘法和分割信号，电源和根部计算，信号压缩和解压缩，以及工业应用中的过程控制。可以使用反馈中的双极结晶体管构造对数放大器的对数放大器，因为BJT的集电极电流与其基极发射电压进行对数相关。

使用OP-AMP的基本原始放大器的电路如上图所示。对数放大器工作的必要条件是输入电压始终必须为正。可以看出v_出去= - V._是。

由于晶体管的集电极端子保持在虚拟地，并且基站也接地，因此电压 - 电流关系变为二极管的电压并由

我_E= I._年代[e。^{问(Vbe) / kT次方}- 1]

在那里,

我_年代=饱和电流，

k = boltzmann的常量

t =绝对温度（在k中）

自I._E= I._C对于基础晶体管，

我_C= I._年代。[e^{问(Vbe) / kT次方}- 1]

（一世_C/一世_年代(e) =^{问(Vbe) / kT次方}- 1]

（一世_C/一世_年代）+ 1 = [e^{问(Vbe) / kT次方}]

（一世_C+ I._年代）/一世_年代= E.^{问(Vbe) / kT次方}

e^{问(Vbe) / kT次方}=（I._C/一世_年代)因为我_C>> I._年代

对上述方程两边同时取自然对数，我们得到

V_是=（kt / q）ln [i_C/一世_年代]

收集器电流i_C= V._在/ R₁和V._出去= - v_是

所以，

V_出去(=) - kT / q ln (V_在/ R₁。我_年代]

因此，电路的输出与输入电压的对数成正比。然而，输出依赖于饱和电流，饱和电流随晶体管和温度的变化而变化。可以添加补偿电路来稳定输出以应对这些变化。

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反对数放大器或指数放大器

反对数或指数放大器(或简单的反对数放大器)是一种运放电路配置，其输出与输入的指数值或反对数值成比例。反对数放大器的功能与对数放大器完全相反。反对数放大器和对数放大器用于对输入信号进行模拟计算。使用运放的反对数放大器的电路如下图所示。

应注意，通过交换晶体管和电阻器的位置，可以使对数放大器成为防停电放大器的工作。晶体管的基准集电极电压从虚拟地面概念保持在地电位。当前的I._E对于晶体管给出，

我_E= I._年代[e。^{问(Vbe) / kT次方}- 1]

对于接地的基础晶体管，i_E= I._C。所以，

我_C= I._年代[e。^{问(Vbe) / kT次方}- 1]

在哪里，我_年代=晶体管的饱和电流，

V_出去= I._C。R₁

V_出去= I._年代[e。^{问(Vbe) / kT次方}- 1)。R₁

此外，对于上述电路V_在= - v_是。所以，

V_出去= R.₁。我_年代[e。^{q（-v._在/ kt.}- 1]

由于I的变化，Antilog放大器也存在不稳定的输出_年代对于不同的晶体管和温度的依赖性。可以添加补偿电路来稳定输出以应对这种变化。

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电流电压变换器

操作放大器电流到电压转换器，也称为跨阻抗放大器，是将输入电流的变化转换为相应的输出电压的电路。电流至电压转换器电路最常用于将光电二极管，光电检测器，加速度计和其他传感器设备的电流输出放大到明显和可用的电压电平。

一个简单的电流-电压转换电路会有一个反馈电阻，其电阻值很大。放大器的增益取决于这个电阻器。根据不同的应用，可以用不同的方式构造电流-电压转换器。所有的配置将传感器设备的低电流输出转换为一个有效的电压水平。电路的增益和带宽随传感器类型的不同而变化。

基本电流 - 电压转换器的电路如上图所示。在这种情况下，传感器装置是光电二极管，并且它连接到反相输入端子，并且非反相输入端接地。这为光电二极管提供了低阻抗负荷，这使得光电二极管低的电压保持低。OP-AMP的高增益可保持光电二极管电流IP，等于通过电阻器R的反馈电流_f。由于光电二极管引起的输入偏移电压非常低，因为光电二极管没有外部偏置。这提供了大的输出增益，而没有任何输出偏移电压。

可以给出上述电路的输出电压，

V_出去= - I._P。R_f

上述等式仅满足DC和低频增益电流转换器。如果增益大，则OP-AMP的非反相输入处的任何输入偏移电压将导致输出偏移电压。为了最大限度地减少这些效果，电流 - 电压转换器通常在OP-AMP输入处设计FET，其具有非常低的输入偏移电压。

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运放反相器

运放反相放大器或逆变器，对输入信号进行反相和放大。反相放大器的输入端为正信号，输出端为负信号，反之亦然。输入端为交流正弦信号，输出端为180度^o在输出处的相位正弦信号中。

以上图显示了使用OP-AMP的典型反相放大器的电路。该电路采用负反馈连接，通过电阻r_f。输入信号被施加到反相输入端子，并且非反相输入端接地。

由于运放的输入电流理想情况下为零，所以由输入电压产生的电流I通过电阻R₁和R._f。输入输出电压可计算为:

V_在= I.R.₁

V_出去= -i.r._f

因此，电路的闭环增益，a_CL， 是

一个_CL= V._出去/ V_在= - （i.r_f/我₁）= -R._f/ R₁

输入电压V_在因此由-R扩增_f/ R₁产出时的时间。可以注意到，如果电阻器的电阻，r₁和R._f，等于输出电压，

V_出去= - V._在

这种电路被称为反相缓冲器，或简称为反相器。

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OP-AMP非反相放大器

非反相放大器是OP-AMP电路配置，其产生与所施加的输入信号同相的放大输出信号。非反相放大器使用负反馈连接，但是代替将整个输出信号馈送到输入，仅作为输入到OP-AMP的反相输入端的输入，将输出信号电压的一部分馈送。

上图显示了典型的非反相放大器。输入信号被施加到非反相输入端子，并且输出通过电阻电位分频器网络馈送到反相输入端子。

当将正输入信号施加到非反相输入端时，输出电压将移位以使反相输入端子等于所施加的输入电压的反相输入端子。因此，在电阻器r中会产生反馈电压₂,

V_R2= V._在= I.₂R₂

在哪里，我₂电流在电阻器r的连接处流动₁和R.₂。

V_出去= I.₂（r.₁+ R.₂)

从上面的V的方程_在和V._出去，可以计算非反相放大器的闭环电压增益，

一个_CL= V._出去/ V_在

= I.₂（r.₁+ R.₂) /我₂R₂

=（r.₁+ R.₂) / R₂

一个_CL= 1 +（r₁/ R₂)

上述增益方程为正，表示输出将与应用的输入信号同相。非反相放大器的闭环电压增益是由电阻R的比值决定的₁和R.₂在电路中使用。

实用的非反相放大器将有一个电阻与输入电压源串联，以保持两个输入端子的输入电流相等。

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OP-AMP应用程序摘要

本文概述了运算放大器的广泛应用。运算放大器可用于执行各种数学运算，如加、减、乘以及微分和积分等微积分运算。运放用于各种各样的应用，如交流和直流信号放大，滤波器，振荡器，稳压器，比较器在大多数消费和工业设备。当今，运算放大器是模拟电路中非常流行的组成部分。

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