集成运算放大器（运算放大器的各种应用）_集成运算放大器减法运算电路

图片均来自b站视频里的ppt：“一周搞定系列之模电数电全集”，感觉很有收获的学习。

理想运算放大器：

有虚短（两输入端电压相等）和虚断（两输入端电流相等且为0，而且运放中没有电流流过）的特征

工作在非线形区，工作模式只有两种，见下图，其中+Uo（sat） = Ucc，-Uo（sat） =  -Uee

反相比例运算原理：

何为“反相”？因为无论Ui输出的是正电压还是负电压，我输出的Uo都会将其的正负反过来。图中Rf：反馈电阻，R1：输入电阻，R2：平衡电阻，提高运算放大器输入抗干扰能力，一般取接近R1和Rf并联的值。

注意，经过我的总结，发现只要同时满足：“1.正电压是输入到同相输入端的时。2.负向输入端接地。”，那么输出电压就会是正电压，也就是我们所说的反相。反之，只要同时满足：“1.正电压是输入到反相输入端时。2.正向输入端接地”，那么输出电压就会是负电压。

这也就说明了：元器件端口的命名都是有意义的，“反相输入端”和“正相输入端”的具体含义我们也能够清楚了。

何为“比例?”：因为输出电压Uo和输入电压Ui是成比例的，也就是放大多少倍或缩小多少倍的关系

见下图：正常状态下，R2/R1为2时，电压放大2倍为4v，仿真所示

见下图：R2/R1 = 7，那么理应为14v放大，但是并不是这样仿真，结果并未有达到14v，原因是，运算放大器连接的电源是12v电源，并没有达到14v，造成了信号的失真，并且注意，一般运算放大器的放大后的工作电压并不是没有上限的，超过上限有烧毁的可能，图中OP07AH型号的正常工作电压为3~18v。

同向比例运算原理：

1.同向比例原理：

当Rf = 0时，即Rf/R1 =0 ，那么Ui = Uo，变成了电压跟随器。2.同样的，当给运算放大器供电的Ucc的值小于运算后得到的Uo，那么也会造成信号的失真。

反相加法电路：

让我们根据我上面总结过得命名原理，来自己想一想，为什么要这样起名字吧。

我们根据计算结果，可以看到实际上反相加法电路原理，就是把两个 “反相比例” 电路的计算结果相加了起来罢了，事实上你看电路，如果把R2那个支路去掉后，这个电路不就是反相比例电路了吗?还是很好理解滴。

注意一点：平衡电阻R2的取值一般为：R1并联R2后，再并联Rf，所得的阻值，有助于提高输入抗干扰能力。

减法运算电路：

注意右上角第三个算式，你可能会觉得很跳跃，但是原理还是前面的，列一个R1和Rf的电流相等的式子，然后代入右上角第二个算式，得到右上角第三个算式，注意使用虚断虚短等特性。

需要强调的是我们一般取R1 = R2,R3 = Rf，确保运算的简便性。

一般应用于单片机的ADC模数转换器上：

比如，我想测量一个电阻的分压，我知道一个电阻一端电压，而不知道另一端电压，一般我们会通过测量另一端电压来计算出电阻的分压。但是由于这端电压太大，我的单片机没有办法测量如此大的电压，那么我就可以通过这个减法运算电路，让电阻两端分别为减法电路的Ui1和Ui2，这样我们的单片机就可以直接测量经过加法运算电路缩小的Uo，来间接的计算出我们的Ui2（在Ui1已知的情况下），然后电阻的分压就是|Ui1-Ui2|喽。

双极性电压变单极性电路：

可以看到，第一个放大器被用于电压跟随器，Uo = Ui。第二个比较器被用于同相比例电路。

现在若是想分析第二个比较器的Ui，即U+，我们看到下面接了一个VDD，左边接了一个Uo，对于还没有学过电路分析的我来说，这可如何是好，好在视频讲解的老师给了我们解释。

运用了一个分开计算的方式，先假设Uo不存在为0，利用VDD，把R1和R3接入，计算出U+点的电压。再假设VDD不存在，为0v，那么再利用Uo，把R1、R3接入，计算出U+点的电压。然后，再一相加，就是实际的U+点的电压值了。最后结果见图片第一个式子。

那么上面我们说过了，第二个比较器被用于了我们解释过的同向比例电路，它的公式:，这里的Ui指的是U+。

那么见下图的计算过程

得到式子:

，注意这里的Ui指的是左边第一个放大器的Ui，而非第二个放大器的U+。

在单片机中，一般输出电压为5v的时候,Uo= 10/2 + 5 = 10v；在输出电压为-5v的时候，Uo = 10/2-5 = 0v; 也就是输出电压为0~10v的单极性，而非单片机给的5v和-5v的双极性，所以称之为“双极性电压变单极性电路。”

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单双极性电压变单极性电路：

下图中左边的运算放大器应用“反向比例运算原理”，右边的运算放大器运用了“反向加法运算电路”。

这里我告诉大家一个结论：当初始Ui为0v时，最终Uo为-5v。当初始Ui为5v时，最终Uo为+5v。

我们可以自己推导，原理都是之前学习过的，检验一下学习的成果。