一、加法器
图z0613 电路具有对输入信号相加的功能。根据理想运放的基本特点可得:
显然,电路可将输人信号按一定的比例进行相加运算,故称之为加法器。当r1 = r2 = r3 = rf时,上式简化为
uo = -( ui1+ui2+ui3 )
二、微分器
电路如图z0614所示,根据u+ = u-及ii=0可得:
u+ = u- =0
ic=if
因,
故有:
可见输出电压与输入电压的微分成比例,实现了微分运算。
三、积分器
积分运算电路如图z0615所示。由图可得:
从而可得:
可见输出电压与输入电压的积分成比例,实现了积分运算。
四、对数及反对数运算器
根据半导体pn结的伏安特性,可以实现对数及反对数运算。
图z0616(a)为对数运算器电路。在ucb≥ 0,ube>0的条件下,ic与ube 相当宽的范围内有精确的对数关系。即 ,从而有
由代入上式则有:
这表明该电路输出电压与输入电压的对数成比例,实现了对数运算功能。
同理,由图z0616(b)可得:
这表明该电路输出电压与输入电压的指数成比例,实现了指数运算功能,也即实现了反对数运算的功能。
利用前述几种运算器的组合还可以实现乘、除、乘方等运算。这几种运算器都是模拟计算机中的基本单元。
例题: 利用加法器和积分器求解微分方程:
式中uo是由所产生的输出电压,设全部初始条件为零。
解:利用积分器解微分方程的思路是:把变量对时间的高次微商项多次积分,直至得到变量,同时通过选择电路参数满足方程式中所给系数。本题;即对积分得,再积分得uo ,而又可由、 uo 及求和得到。据此,原方程可变形为:
两边积分有:
采用求和积分器实现上式运算,电路如图z0617所示。图中a1为求和积分器,对方程右边三项积分后得出,a2对再次积分便得到 -uo,a3为反相器,输出即为uo在运算操作时,先将k1、k2接通一下,使c1、c2放电,从而实现初始条件。当加入后,可用示波器观察uo的波形,这就是所给微分方程的解。
关于运放非线性状态的应用仅举下例加以说明。
例题:方波产生器的基本电路如图z0618所示。试分析其产生方波的原理。
解:由图可见,该电路输出端经r1、r2分压后通过r3引入了正反馈,与此同时,rf、c组成的积分电路又引入了负反馈,运放起比较器作用。
电路接通电源瞬间,输出电压究竟偏于正向饱和还是偏于负向饱和、纯属偶然,设uo=- usat ,这时加到同相端的电压为-f+ usat(相当于基准电压),加到反相端的电压为uc(相当于输入电压)。电源接通瞬间因电容c两端电压不能突变,只能由输出电压uo通过rf按指数规律向c充电来建立。充电电流方向由c →rf →地,充电结果c上端电位越来越负,当uc略负于-f+ usat 时,输出电压便从负饱和值迅速翻转到正饱和值usat;这时 uo又通过rf 给c反向充电,使uc逐渐升高,直到uc略正于f+ usat 时,输出状态再次翻转,如此循环便产生了一系列的方波。