0002_运算放大器设计与应用2
运算放大器设计及应用
运算放大器设计及应用--电子工程师必备手册（下）目录：一、运算放大器设计应用经典问答集粹二、四类运算放大器的技术发展趋势及其应用热点一、运算放大器设计应用经典问答集粹1. 用运算放大器做正弦波振荡有哪些经典电路问：用运算放大器做正弦波振荡器在学校时老师就教过，应该是一个常用的电路。
现在我做了几款，实际效果都不理想。
哪位做过，可否透露些经验或成功的电路？答：(1) 用以下方法改进波形质量：选用高品质的电容；对运放的电源进行去耦设计；对震荡器的输出信号进行滤波处理。
(2) 我曾经在铃流源电路中用到一种带有AGC电路的文氏电桥振荡器，用来产生25Hz的正弦波，如图所示。
图中使用二极管限幅代替非线性反馈元件，二极管通过对输出电压形成一个软限幅来降低失真。
文氏电桥或低失真的特性要求有个辅助电路来调节增益，辅助电路包括从在反馈环路内插入的一个非线性元件，到由外部元件构成的自动增益控制（AGC）回路。
通过D1 对正弦波的负半周取样，且所取样存于C1 中，选择R1和R2，必须使Q1 的偏置定在中心处，使得输出电压为期望值时，（RG+RQ1）=RF/2。
当输出电压升高时，Q1 增大电阻，从而使增益降低。
在上图所示的振荡器中，给运算放大器的正输入端施加0.833V 电源，使输出的静态电压处在中心位置处（Vcc/2=2.5V），这里Q1多数用的是小信号的MOSFET 2N7000（N沟道，60V，7.5欧），D1则选用1N4148。
以上供你参考。
(3)为克服RC移相振荡器的缺点，常采用RC串并联电路作为选频反馈网络的正弦振荡电路，也称为文氏电桥振荡电路，如图Z0820所示。
它由两级共射电路构成的同相放大器和RC串并联反馈网络组成。
由于φA= 0，这就要求RC 串并联反馈网络对某一频率的相移φF＝2nπ，才能满足振荡的相位平衡条件。
下面分析RC 串并联网络的选频特性，再介绍其它有关元件的作用。
图Z0820 中RC 串并联网络在低、高频时的等效电路如图Z0821 所示。
运算放大器及运算放大器的选择应用
C3
Rb Ra
A
Vi R1 R2
VO
C2
C1
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传递函数的 关系式为：
A(s)
s2
AV f
2 n
n
Q
s
2 n
通带增益： 固有角频率：
AV f
1 Rb Ra
n
1 R1R2C1C2
品质因数：
Q
R1R2C1C2
C2
(R1
R2
)
(1
A V
f
)R1C1
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设计方法：性能参数可以由R、 C值和运放增益Auf的变化来
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有源滤波电路的分类
有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放
大器。它是在运算放大器的基础上增加一些R、C
等无源元件而构成的。主要分为： 低通滤波器（LPF） 高通滤波器（HPF） 带通滤波器（BPF） 带阻滤波器（BEF） 全通滤波器（APF）
31
滤波器的主要技术指标和设计方法
中心频率（Center Frequency）：滤波器通带 的中心频率f0，一般取f0=（f1+f2）/2，f1、f2 为带通或带阻滤波器左、右相对下降1dB或3dB边 频点。
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运算放大器的分类
• 按集成个数分： 单运放、双运放及四运放。
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实际运放的参数---直流参数、交流参数
• 直流指标：输入失调电压、输入失调电压的温度 漂移（简称输入失调电压温漂）、输入偏置电流、 输入失调电流、输入偏置电流的温度漂移（简称 输入失调电流温漂）、差模开环直流电压增益、 共模抑制比、电源电压抑制比、输出峰-峰值电压、 最大共模输入电压、最大差模输入电压。
5
运算放大器的分类
运算放大器原理及应用
集成运算放大器将电路的元器件和连线制作在同一硅片上，制成了集成电路。
随着集成电路制造工艺的日益完善，目前已能将数以千万计的元器件集成在一片面积只有几十平方毫米的硅片上。
按照集成度（每一片硅片中所含元器件数）的高低，将集成电路分为小规模集成电路(简称SSI) ，中规模集成电路(简称MSI), 大规模集成电路(简称LSI)和超大规模集成电路(VLSI)。
运算放大器实质上是高增益的直接耦合放大电路，集成运算放大器是集成电路的一种，简称集成运放，它常用于各种模拟信号的运算，例如比例运算、微分运算、积分运算等，由于它的高性能、低价位，在模拟信号处理和发生电路中几乎完全取代了分立元件放大电路。
集成运放的应用是重点要掌握的内容，此外，本章也介绍集成运放的主要技术指标，性能特点与选择方法。
一、集成运算放大器简介1. 集成运放的结构与符号1. 结构集成运放一般由4部分组成，结构如图1所示。
图1 集成运放结构方框图其中：输入级常用双端输入的差动放大电路组成，一般要求输入电阻高，差摸放大倍数大，抑制共模信号的能力强，静态电流小，输入级的好坏直接影响运放的输入电阻、共模抑制比等参数。
中间级是一个高放大倍数的放大器，常用多级共发射极放大电路组成，该级的放大倍数可达数千乃数万倍。
输出级具有输出电压线性范围宽、输出电阻小的特点，常用互补对称输出电路。
偏置电路向各级提供静态工作点，一般采用电流源电路组成。
2. 特点：142○1 硅片上不能制作大容量电容，所以集成运放均采用直接耦合方式。
○2 运放中大量采用差动放大电路和恒流源电路，这些电路可以抑制漂移和稳定工作点。
○3 电路设计过程中注重电路的性能，而不在乎元件的多一个和少一个 ○4 用有源元件代替大阻值的电阻 ○5 常用符合复合晶体管代替单个晶体管，以使运放性能最好 3. 集成运放的符号从运放的结构可知，运放具有两个输入端v P 和v N 和一个输出端v O ，这两个输入端一个称为同相端，另一个称为反相端，这里同相和反相只是输入电压和输出电压之间的关系，若输入正电压从同相端输入，则输出端输出正的输出电压，若输入正电压从反相端输入，则输出端输出负的输出电压。
集成运算放大器的应用2
的输出电压Vo,并与理论估计值比较 。
表6－4 反相求和电路
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四、实路
电路如图6－5所示, 电路为电压串并联负反馈，由“虚
短”“虚断”分析得：
U O R 2 R 3 R 3R 1R 1 R F U i2 R R F 1U i1 1(U 0 i2 U i1 )
2.是否一定要先进行相位补偿、后调零？为什么？
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六、实验报告要求
1.简述实验目的、实验原理，画出实验电路图； 2.简述所做实验内容及步骤，整理实验数据； 3.与理论值比较，分析产生误差的原因 ；
4.总结本实验中五种运算电路的特点及性能 。
CUS T
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➢ 2.学会上述电路的测试和分析方法 。
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二、实验仪器
➢ 数字万用表 ➢ 示波器 ➢ 函数信号发生器 ➢ 交流毫伏表 ➢ TPE-ADII电子技术学习机
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CUS T
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三、实验原理
CUS
T
➢ 运算放大器是具有两个输入端、一个输出端的高增益、高输入阻抗的电 压放大电路。在它的输出端和输入端之间加上反馈网络，可实现各种不 同的电路功能，如反馈网络为线性电路时，运算放大器的功能有放大、 加、减、微分和积分等，如反馈网络为非线性电路时可实现对数、乘和 除等功能，还可组成各种波形形成电路，如正弦波、三角波、脉冲波等 波形发生器。这种情况下运放主要工作于线性放大区，本实验仅对集成 运放施加线性负反馈后所具有的若干种电路功能进行研究,由于运放的电 压增益大约在100000以上，所以处于深度负反馈状态，因而有“虚断”、
“虚短”i，i0,U U 。为了叙述简便起见，实验电路中调零
什么是运算放大器-运算放大器原理与应用
什么是运算放大器?运算放大器原理与应用运算放大器是模拟电子电路的重点，其应用已特别普遍。
1．集成运放是具有高开环电压放大倍数、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合集成放大电路。
2．运算放大器抱负化的主要条件：(1)开环电压放大倍数为无穷大；(2)开环输入电阻为无穷大；(3)开环输出电阻为零；(4)共模抑制比为无穷大。
由于实际运算放大器的技术指标接近抱负化条件，而用抱负运算放大器分析电路可使问题大大简化，因此后面对运算放大器的分析都是按其抱负化条件进行的。
3．运算放大器电压传输特性及分析依据电压传输特性(1)运放工作在线性区分析依据u+≈u–id≈0运放要工作在线性区必需引入负反馈(2)运放工作在饱和区分析依据(非线性区)id≈0依旧成立u+≈u–不再成立当uO发生跃变运算放大器在信号运算、处理或产生方面都有广泛的应用，但就其工作状态而言，它无非工作在线性区或非线性区。
因此，把握运放工作在线性区与非线性区的依据是至关重要的。
4．反馈由于运算放大器的开环电压放大倍数很高，当它工作在线性区时必需引入深度负反馈。
因此，它的输出与输入之间的关系基本打算于反馈电路和输入电路的结构与参数，而与运放本身的参数关系不大。
转变输入电路和反馈电路的结构和形式，就可以实现不同的运算。
负反馈的类型有：电压串联负反馈；电压并联负反馈；电流串联负反馈；电流并联负反馈。
反馈电路直接从输出端引出的，是电压反馈；从负载电阻靠近“地”端引出的，是电流反馈；(也可将输出端短路，若反馈量为零，则为电压反馈；若反馈量不为零，则为电流反馈。
) 输入信号和反馈信号分别加在两个输入端，是串联反馈；加在同一输入端的是并联反馈；反馈信号使净输入信号减小的，是负反馈。
负反馈的对放大电路工作性能的影响：提高放大电路的稳定性；改善波形失真；对输入电阻和输出电阻的影响：电压反馈使输出电阻降低；电流反馈使输出电阻增高；串联反馈使输入电阻增高；并联反馈使输入电阻降低；5．集成运放在信号运算方面的应用(1) 反相比例运算：输入信号从反相输入端引入的运算便是反相比例运算（如图①）。
运算放大器的应用论文
运算放大器简称运放，是一种多端集成电路，通常由数十个晶体管和一些电阻构成。
现已有上千种不同型号的集成运放，是一种价格低廉、用途广泛的电子器件。
早期，运放用来完成模拟信号的求和、微分和积分等运算，故称为运算放大器。
现在，运放的应用已远远超过运算的范围。
它在通信、控制和测量等设备中得到广泛应用。
一：运算放大器的分类目前广泛应用的电压型集成运算放大器是一种高放大倍数的直接耦合放大器。
在该集成电路的输入与输出之间接入不同的反馈网络,可实现不同用途的电路,例如利用集成运算放大器可非常方便的完成信号放大、信号运算（加、减、乘、除、对数、反对数、平方、开方等）、信号的处理（滤波、调制）以及波形的产生和变换。
集成运算放大器的种类非常多,可适用于不同的场合。
按照集成运算放大器的参数来分,集成运算放大器可分为如下几类。
1．通用型运算放大器通用型运算放大器就是以通用为目的而设计的。
这类器件的主要特点是价格低廉、产品量大面广,其性能指标能适合于一般性使用。
例mA741（单运放）、 LM358（双运放）、LM324（四运放）及以场效应管为输入级的LF356都属于此种。
它们是目前应用最为广泛的集成运算放大器。
2．高阻型运算放大器这类集成运算放大器的特点是差模输入阻抗非常高,输入偏置电流非常小,一般rid＞（109~1012）W,IIB为几皮安到几十皮安。
实现这些指标的主要措施是利用场效应管高输入阻抗的特点,用场效应管组成运算放大器的差分输入级。
用FET作输入级,不仅输入阻抗高, 输入偏置电流低,而且具有高速、宽带和低噪声等优点,但输入失调电压较大。
常见的集成器件有LF356、LF355、LF347（四运放）及更高输入阻抗的CA3130、CA3140 等。
3．低温漂型运算放大器在精密仪器、弱信号检测等自动控制仪表中,总是希望运算放大器的失调电压要小且不随温度的变化而变化。
低温漂型运算放大器就是为此而设计的。
目前常用的高精度、低温漂运算放大器有OP-07、OP-27、 AD508及由MOSFET组成的斩波稳零型低漂移器件IC L7650等。
第二单元 运算放大器及其应用
Uo=—RC *Δui/ Δ t P41 微分器输出电压的大小与输入电压的变化率成正 比，输入电压变化越快输出电压就越大，输入电 压变化越慢输出电压就越小，输入电压无变化就 没有输出，而且输出电压的极性与输入电压的变 化方向有关，输入电压增大或减小时，输出电压 的极性是不同的 。
第三节 运算放大器的非线性应用
第一节 运算放大器的结构与主要参数
第一节 运算放大器的结构与主要参数
二、运算放大器的主要技术指标
1.开环差模放大倍数 Aod 指运放在没有反馈时的差模电压放大倍数。习惯上 运放的Aod值是用（dB）来表示。分贝数（dB） =20lg倍数。运放的开环差模放大倍数都很高 2.共模抑制比 CMRR
第二节 运算放大器的线性应用
第二节 运算放大器的线性应用
第二节 运算放大器的线性应用
四、差动放大电路
1、 电路的运算关系为 输出电压与输入电压之差成正比，故称为“差动放 大电路”。 2、通常电路都采用对称的结构，即取电阻R1=R2， R3=R4,在此条件-U1) P37
当输入电压为恒定的直流时，输出电压本来应该是线性
变化的，但是实际上由于电容本身存在漏电，相当于电 容上并联了一个绝缘电阻，因此输出电压的增大（减小） 速率就比理想情况要慢一些，造成了积分运算的误差。
第二节 运算放大器的线性应用
第二节 运算放大器的线性应用
六、微分器 变化积分器中的位置，就可以组成微分器。 1、输入与输出的运算关系：
第三节 运算放大器的非线性应用
电平比较器的输入与输出关系为电路的传输特性
P42 图2-14b 2、如果将两个输入信号交换一下位置，比较器也 是可以工作的。只是它的传输特性颠倒了,反相端 输入时的传输特性 输入电压Ui＞参考电压UR，那么输出电压为电源 电压—Ucc 输入电压Ui＜参考电压UR，那么输出电压为电源
理想运算放大器的分析与应用
运算放大器能够实现多种信号处理功能，如加减 运算、积分、微分、滤波等，广泛应用于模拟电 路中的信号处理环节。
电路平衡
运算放大器在电路中起到平衡作用，能够减小电 路中元件参数对输出信号的影响，提高电路的稳 定性。
信号放大与处理
电压放大
01
运算放大器能够将微弱的输入电压信号放大到所需的幅度，广
泛应用于传感器信号的放大和处理。
电流放大
02
运算放大器也可以将微弱的输入电流信号转换成电压信号，实
现电流的放大和处理。
滤波
03
通过在运算放大器电路中加入适当的RC或LC元件，可以实现低
通、高通、带通和带阻滤波器，对信号进行滤波处理。
信号源与比较器
信号源
运算放大器可以作为信号源使用，通 过反馈和正反馈电路，产生方波、三 角波、正弦波等波形。
音频信号放大
理想运算放大器具有高放大倍数和低失真特性，可用于放大微弱的 音频信号，如麦克风输入的信号。
音频信号滤波
理想运算放大器可以与RC电路配合使用，实现低通、高通、带通和 带阻滤波器，对音频信号进行滤波处理。
音频信号比较
理想运算放大器可以用于比较两个音频信号的幅度，例如用于音量控 制或音频切换。
当输入信号过大时，输出电压会达到电源电压， 导致输出信号失真。
截止失真
当输入信号过小或为零时，输出电压会接近零， 导致输出信号失真。
双向限幅失真
当输入信号在一定范围内变化时，输出电压会在 电源电压和零之间变化，导致输出信号失真。
频率响应分析
低频增益
低频增益是指运算放大器在低频时的电压增益。低频增益越高， 运算放大器的低频性能越好。
带宽增益乘积
带宽增益乘积是指运算放大器的带宽和增益的乘积。带宽增益乘积 越大，运算放大器的高频性能越好。
运算放大器应用技术手册
运算放大器应用技术手册
（最新版）
目录
1.运算放大器的基本概念
2.运算放大器的主要应用领域
3.运算放大器的使用技巧和注意事项
4.运算放大器的发展趋势
正文
运算放大器是一种模拟电路，主要作用是在信号放大和滤波等方面。
在电子技术和通信技术等领域中，运算放大器被广泛应用，可以说它是现代电子技术中不可或缺的一部分。
运算放大器最基本的功能是信号放大。
在实际应用中，有时需要将微弱的信号放大到一定程度，以便后续处理。
运算放大器正好可以完成这个任务，它可以将输入的微弱信号放大到所需的程度，而且放大后的信号失真较小。
运算放大器还可以用于滤波。
滤波是信号处理中常用的技术，可以有效去除信号中的噪声。
运算放大器通过与电容、电感等元器件组合，可以构成各种滤波电路，有效去除信号中的高频和低频噪声。
除了上述两个主要应用领域外，运算放大器还有许多其他的应用，如信号发生器、电压比较器、模拟计算机等。
在这些应用中，运算放大器发挥着信号放大、滤波等基本功能，同时，它还可以进行各种复杂的信号处理。
在使用运算放大器时，有一些技巧和注意事项需要遵循。
例如，运算放大器的输入阻抗很高，输出阻抗很低，因此在连接电路时需要注意这一点，以避免电路失配。
此外，运算放大器工作时需要稳定的电源，电源波
动会对运算放大器的性能产生影响。
随着科技的发展，运算放大器也在不断发展。
现代的运算放大器已经不再是单一的信号放大器，而是具有多种功能、多种性能的复杂电路。
运算放大器的基本应用
实验一运算放大器的基本应用一、实验目的：1、熟练掌握反相比例、同相比例、加法、减法、积分、微分等电路的设计方法；2、熟练掌握运算放大电路的故障检查和排除方法，以及增益、幅频特性、传输特性曲线、带宽的测量方法；3、了解运算放大器的主要直流参数（输入失调电压、输入偏置电流、输入失调电流、温度漂移、共模抑制比，开环差模电压增益、差模输入电阻、输出电阻等）、交流参数（增益带宽积、转换速率等）和极限参数（最大差模输入电压、最大共模输入电压、最大输出电流、最大电源电压等）的基本概念；4、了解运放调零和相位补偿的基本概念；5、掌握利用运算放大器设计各种运算功能电路的方法及实验测量技能。
二、预习思考：1、查阅741运放的数据手册，自拟表格记录相关的直流参数、交流参数和极限参数，解释参数含义。
输出电阻R O75Ω运放输出电压与输出电流之比，即从输入端看，运放的等效电阻。
交流参数增益带宽积G.BW 0.7~1.6MHz 增益和带宽之积。
转换速率S R0.5V/us运放在闭环条件下，将一个大信号运放输入端，从运放的输出端测得的运放输出上升速率。
极限参数最大差模输入电压U IOR±15V同相、反相端能承受的最大的差模输入电压。
最大共模输入电压U ICR±12~±13V运放能承受的最大共模输入电压范围。
最大输出电流I OS25~40mA 运放能输出的电流最大值。
最大电源电压U SR±18V 运放所能承受的所加电源电压最大值。
2、设计一个反相比例放大器，要求：|A V|=10，Ri>10KΩ，将设计过程记录在预习报告上；（1）仿真原理图电路图：（2）参数选择计算要求Rf/Rl=|Av|=10，且Ri>10kΩ，可取Rl=20kΩ，则对应电路图如上。
（3）仿真结果A通道输入需要放大的信号，B通道为经过反相比例电路的输出信号，由图中所显示的数值可以知道，放大倍数基本上满足|Av|=10的要求，本次电路设计正确。
《运算放大器》课件
带宽与增益
根据电路的带宽和增益需求，选择适当带宽 和增益的运算放大器。
输入与输出阻抗
考虑电路的输入和输出阻抗，选择合适的运 算放大器以匹配阻抗。
电源电压与功耗
根据电源电压和功耗要求，选择合适的运算 放大器以降低能耗。
运算放大器的使用注意事项
电源电压的稳定性
确保电源电压的稳定，避免因电源波 动引起的电路性能不稳定。
闭环增益
总结词
闭环增益是指运算放大器在有反馈回路的情况下对输入信号的放大倍数。
详细描述
闭环增益是运算放大器实际应用中最重要的性能指标之一，它决定了放大器的 输出信号与输入信号之间的关系。通过调整反馈回路，可以改变闭环增益，从 而实现特定的输出信号。
带宽增益乘积
总结词
带宽增益乘积是衡量运算放大器频率响应的一个重要参数，它表示增益和带宽之间的乘积关系。
《运算放大器》PPT 课件
目录
CONTENTS
• 运算放大器概述 • 运算放大器的工作原理 • 运算放大器的应用 • 运算放大器的选择与使用 • 运算放大器的性能指标 • 运算放大器的设计实例
01 运算放大器概述
运算放大器的定义
01
运算放大器（简称运放）是一种 具有高放大倍数的电路单元，其 输出信号与输入信号之间存在一 定的数学关系。
根据需求选择合适的放大倍数，调整输入和输出电阻的大小，以确 保放大器的性能。
电路图
提供基于运算放大器的放大器电路图，包括输入、输出和反馈电阻 等元件。
基于运算放大器的滤波器设计
滤波器
利用运算放大器和适当的反馈网络可以设计出各种类型的滤波器， 如低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器等。
设计要点
根据滤波器的类型和性能要求，选择合适的反馈网络元件和运算放 大器型号。
运算放大器设计及应用
运算放大器设计与应用关键字：目录：一、设计应用经典问答集粹二、四类运算放大器的技术发展趋势及其应用热点一、运算放大器设计应用经典问答集粹1.用运算放大器做正弦波振荡有哪些经典电路问：用运算放大器做正弦波振荡器在学校时老师就教过，应该是一个常用的电路。
现在我做了几款，实际效果都不理想。
哪位做过，可否透露些经验或成功的电路？答：(1)用以下方法改进波形质量：选用高品质的电容；对的电源进行去耦设计；对震荡器的输出信号进行滤波处理。
(2)我曾经在铃流源电路中用到一种带有AGC电路的文氏电桥振荡器，用来产生25Hz的正弦波，如图所示。
图中使用二极管限幅代替非线性反馈元件，二极管通过对输出电压形成一个软限幅来降低失真。
文氏电桥或低失真的特性要求有个辅助电路来调节增益，辅助电路包括从在反馈环路内插入的一个非线性元件，到由外部元件构成的自动增益控制（AGC）回路。
通过D1对正弦波的负半周取样，且所取样存于C1中，选择R1和R2，必须使Q1的偏置定在中心处，使得输出电压为期望值时，（RG+RQ1）=RF/2。
当输出电压升高时，Q1增大电阻，从而使增益降低。
在上图所示的振荡器中，给运算放大器的正输入端施加电源，使输出的静态电压处在中心位置处(Vcc/2=），这里Q1多数用的是小信号的MOSFET 2N7000（N沟道，60V，欧），D1则选用1N4148。
以上供你参考。
(3)为克服RC移相振荡器的缺点，常采用RC串并联电路作为选频反馈网络的正弦振荡电路，也称为文氏电桥振荡电路，如图Z0820所示。
它由两级共射电路构成的同相放大器和RC串并联反馈网络组成。
由于φA= 0，这就要求RC串并联反馈网络对某一频率的相移φF＝2nπ，才能满足振荡的相位平衡条件。
下面分析RC串并联网络的选频特性，再介绍其它有关元件的作用。
图Z0820中RC串并联网络在低、高频时的等效电路如图Z0821所示。
这是因为在频率比较低的情况下，（1/ωC）>R，而频率较高的情况下，则（1/ωC）为调节频率方便，通常取R1 = R2 = R，C1 = C2 = C，如果令ω0＝1/ RC，则上式简化为：可见，RC串并联反馈网络的反馈系数是频率的函数。
理想运算放大器的分析与应用
一、比例运算电路
电压并联负反馈
1. 反相放大电路
由I+=I- ≈0 （虚断）
I1=If U+= 0
∵U+=U-（虚短）∴ U-= 0
If Rf
Ui I1 R1
-
+ RP
I1
Ui
U R1
U i， R1
又If
U- Uo Rf
Uo Rf
Uo
Rf R1
Ui
AUfU Uoi
Rf R1
Uo 平衡电阻 Rp≈R1//Rf
rof= 0
Uo
第27页，共62页。
28/92
二、加法器
1. 反相加法器
∵I+=I- ≈0→
I1+I2+…+In=If U+= 0
∵U+=U- ∴U-= 0
I1
U1 U R1
U1 R1
I2
U2， R2
……,
In
Un Rn
，
U1U2 UnUo
R1 R2
Rn Rf
Un In Rn
If Rf
•••
U2 I2 R2 U1 I1 R1
偏置 电路
第7页，共62页。
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三、 模拟集成运放的典型电路
组成：运算放大器是由直接耦合多级放大电路集成制造的 高增益放大器，它的组成框图如图所示。
U+
差放
U- 输入级
中间 放大级
恒流源 偏置
运放组成
低阻 Uo 输出级
运放旧符号
运放国标符号
第8页，共62页。
9/92
1.输入级:高性能的差动放大电 路。运放有两个输入端，一个 U称为同相输入端，即输出与该 U+ 端输入信号相位相同，用符号
运算放大器作用通俗讲解
运算放大器作用通俗讲解
运算放大器（简称“运放”）是一种具有很高放大倍数的电路单元。
在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。
它是一种带有特殊耦合电路及反馈的放大器，其输出信号可以是输入信号加、减或微分、积分等数学运算的结果。
由于早期应用于模拟计算机中用以实现数学运算，因而得名“运算放大器”。
通俗来说，运算放大器就像一个“转换器”或者“处理器”，能够把输入的信号按照一定的规则和算法进行放大、缩小、相加、相减等处理，并将结果输出。
它广泛应用于各种电子设备中，例如音响设备、通信设备、传感器等等。
通过使用运算放大器，人们可以更好地控制和调节电子设备的性能和参数，使其满足各种不同的需求。
具体来说，运算放大器的作用有很多种，例如：
1.放大信号：运算放大器可以将输入的微弱信号放大成较大的
信号，使其能够满足后续电路的需求。
2.比较信号：将两个信号进行比较，输出一个二进制信号（例
如高电平或低电平），类似于一个比较器。
3.积分和微分：运算放大器可以对输入的信号进行积分和微分
运算，输出一个与输入信号成比例的时间函数。
4.滤波：通过对输入信号进行滤波处理，可以滤除不必要的噪
声和干扰，提取出有用的信号成分。
5.振荡和调制：运算放大器可以用于产生振荡信号和调制信号，
用于各种频率合成和调制解调的应用。
总之，运算放大器是一种非常重要的电子元件，在各种电子设备和系统中得到了广泛的应用。
通过了解和掌握运算放大器的原理和作用，人们可以更好地设计和应用各种电子系统，提高其性能和稳定性。
运算放大器基本原理及应用
运算放大器基本原理及应用一． 原理(一） 运算放大器 1.原理运算放大器是目前应用最广泛的一种器件,当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。
在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。
运算放大器一般由4个部分组成，偏置电路，输入级，中间级，输出级。
图1运算放大器的特性曲线 图2运算放大器输入输出端图示图1是运算放大器的特性曲线，一般用到的只是曲线中的线性部分。
如图2所示。
U -对应的端子为“-”，当输入U -单独加于该端子时，输出电压与输入电压U -反相，故称它为反相输入端。
U +对应的端子为“＋”，当输入U +单独由该端加入时，输出电压与U +同相，故称它为同相输入端。
输出：U 0= A(U +-U -) ； A 称为运算放大器的开环增益（开环电压放大倍数）。
在实际运用经常将运放理想化，这是由于一般说来，运放的输入电阻很大，开环增益也很大，输出电阻很小，可以将之视为理想化的，这样就能得到:开环电压增益A ud =∞；输入阻抗r i =∞；输出阻抗r o =0；带宽f BW =∞；失调与漂移均为零等理想化参数。
2.理想运放在线性应用时的两个重要特性输出电压U O 与输入电压之间满足关系式：U O ＝A ud （U +－U －）,由于A ud =∞，而U O 为有限值，因此，U +－U －≈0。
即U +≈U －，称为“虚短”。
由于r i =∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即I IB ＝0，称为“虚断”,这说明运放对其前级吸取电流极小。
上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。
3. 运算放大器的应用 (1)比例电路所谓的比例电路就是将输入信号按比例放大的电路，比例电路又分为反向比例电路、同相比例电路、差动比例电路。
(a) 反向比例电路反向比例电路如图3所示，输入信号加入反相输入端:图3反向比例电路电路图对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻R ’＝R 1 // R F 。
电路中的运算放大器设计与应用
电路中的运算放大器设计与应用引言：在现代电子技术中，运算放大器（Operational Amplifier，简称Op-Amp）是一种常见且广泛应用的电子元件。
作为电路中的重要组成部分，运算放大器不仅可以放大电压信号，还可以执行各种数学和逻辑运算。
在本文中，将重点探讨运算放大器的设计原理以及其在电子领域中的应用。
一、运算放大器的基本原理运算放大器是一种差分输入、差模输出的电子放大器。
它由多个晶体管和其它元件组成，其关键特性在于放大器对输入信号的放大倍数非常大。
1.1 差分放大器差分放大器是运算放大器的核心部分，它可以将两个输入信号进行差分放大。
常见的差分放大器电路由两个输入电阻和一个共尺负反馈电路组成。
其中，共尺负反馈电路可有效提高放大器的稳定性和抑制噪声。
1.2 反馈电路反馈电路是运算放大器设计中的重要组成部分。
一般情况下，反馈电路分为负反馈和正反馈两种。
其中，负反馈电路是常用的电路设计方式，通过将放大器的输出信号与输入信号进行反相比较，可以减小电路的非线性和失真，提高放大器的性能。
二、运算放大器的应用领域运算放大器是电子领域中广泛应用的元件，其应用范围涵盖了模拟电路、数字电路和信号处理等领域。
2.1 模拟电路在模拟电路中，运算放大器可以用于放大、滤波、积分和微分等功能。
例如，在语音信号处理中，运算放大器可以用来放大音频信号，保持信号质量和提高音频系统的动态范围。
2.2 数字电路在数字电路中，运算放大器可以被用作比较器、振荡器和数据转换等功能。
通过将运算放大器与其他数字元件结合，可以实现数据的采集、转换和处理。
2.3 信号处理在信号处理中，运算放大器可用于滤波、放大、采样和保持等功能。
例如，在音频放大器中，运算放大器可以将音频信号放大，使其能够驱动扬声器产生更高的声音。
三、运算放大器设计与实践在运算放大器的设计和应用过程中，需要考虑多方面的因素，包括增益、带宽、失真和电源稳定性等。
3.1 增益增益是运算放大器的重要参数之一。
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运算放大器设计与应用——电子工程师必备手册2008-12-0819：58目录第一部分运算放大器设计应用经典问答集粹第二部分四类运算放大器的技术发展趋势及其应用热点第一部分运算放大器设计应用经典问答集粹1、用运算放大器做正弦波振荡有哪些经典电路问：用运算放大器做正弦波振荡器在学校时老师就教过，应该是一个常用的电路。
现在我做了几款，实际效果都不理想。
哪位做过，可否透露些经验或成功的电路？答：（1）用以下方法改进波形质量：选用高品质的电容；对运放的电源进行去耦设计；对震荡器的输出信号进行滤波处理。
（2）我曾经在铃流源电路中用到一种带有AGC电路的文氏电桥振荡器，用来产生25Hz 的正弦波，如图所示。
图中使用二极管限幅代替非线性反馈元件，二极管通过对输出电压形成一个软限幅来降低失真。
文氏电桥或低失真的特性要求有个辅助电路来调节增益，辅助电路包括从在反馈环路内插入的一个非线性元件，到由外部元件构成的自动增益控制（AGC）回路。
通过D1对正弦波的负半周取样，且所取样存于C1中，选择R1和R2，必须使Q1的偏置定在中心处，使得输出电压为期望值时，（RG+RQ1）=RF/2。
当输出电压升高时，Q1增大电阻，从而使增益降低。
在上图所示的振荡器中，给运算放大器的正输入端施加0.833V电源，使输出的静态电压处在中心位置处（Vcc/2=2.5V），这里Q1多数用的是小信号的MOSFET 2N7000（N沟道，60V，7.5欧），D1则选用1N4148。
以上供你参考。
（3）为克服RC 移相振荡器的缺点，常采用RC 串并联电路作为选频反馈网络的正弦振荡电路，也称为文氏电桥振荡电路，如图Z0820所示。
它由两级共射电路构成的同相放大器和RC 串并联反馈网络组成。
由于ϕA =0，这就要求RC 串并联反馈网络对某一频率的相移ϕF ＝2n π，才能满足振荡的相位平衡条件。
下面分析RC 串并联网络的选频特性，再介绍其它有关元件的作用。
图Z0820中RC 串并联网络在低、高频时的等效电路如图Z0821所示。
这是因为在频率比较低的情况下，R C >)/1(ω，而频率较高的情况下，则R C <)/1(ω，前者等效于一节超前型移相电路，后者等效于一节滞后型移相电路。
显然频率从低到高连续变化，相移从+900到-900连续变化，其中必存在一个中间频率f0，使RC 串并联网络的相移为零。
于是满足相位平衡条件。
对此，可进一步作定量分析，由图Z0821（a ）得：为调节频率方便，通常取R1=R2=R ，C1=C2=C ，如果令ω0＝1/RC ，则上式简化为：可见，RC 串并联反馈网络的反馈系数是频率的函数。
由式GS0821可画出的幅频和相频特性，如图Z0822所示。
由图可以看出： 当RC f f π210==时，F 的模最大，且31=F ，0=F ϕ；当f 大于（或小于）0f 时，F 都减小，且0≠Fϕ。
这就表明RC 串并联网络具有选频特性。
因此图Z0820电路满足振荡的相位平衡条件。
如果同时满足振荡的幅度平衡条件，就可产生自激振荡。
振荡频率为：RCf π210= GS0822 由1>F A知道起振条件为：3>A GS0823 一般两级阻容耦合放大器的电压增益Au 远大于3，如果利用晶体管的非线性兼作稳幅环节，放大器件的工作范围将超出线性区，使振荡波形产生严重失真。
为了改善振荡波形，实用电路中常引进负反馈作稳幅环节。
图Z0820中电阻Rf 和Re 引入电压串联深度负反馈。
这不仅使波形改善、稳定性提高，还使电路的输入电阻增加和输出电阻减小，同时减小了放大电路对选频网络的影响，增强了振荡电路的负载能力。
通常Rf 用负温度系数的热敏电阻（Rt ）代替，能自动稳定增益。
假如某原因使振荡输出Uo 增大，Rf 上的电流增大而温度升高，阻值Rf 减小，使负反馈增强，放大器的增益下降，从而起到稳幅的作用。
从图Z0820可以看出，RC串并联网络和Rf、Re，正好组成四臂电桥，放大电路输入端和输出端分别接到电桥的两对角线上，因此称为文氏电桥振荡器。
目前广泛采用集成运算放大器代替图Z0820中的两级放大电路来构成RC桥式振荡器。
图Z0823是它的基本电路。
文氏电桥振荡器的优点是：不仅振荡较稳定，波形良好，而且振荡频率在较宽的范围内能方便地连续调节。
2、如何估算多级放大器的频宽问：如果设计一个带宽为DC-100MHz的放大器，总增益为50倍，共三级放大，运算放大器的单位增益带宽为1GHz，请问如何估算总带宽？答：（1）运放的增益带宽积=增益×（-3dB带宽），例如，若三级运放增益分配为：第一级为：+2，那么它的-3dB带宽=1000MHz/2=500MHz，第二和第三级的增益都为+5，那么它的-3dB带宽=1000MHz/5/1.4=140MHz，所以系统的总增益为2×5×5=50，带宽为140MHz＞100MHz，符合设计要求。
注：这里假设所提的1000MHz运放的增益带宽积等于其单位增益时的-3dB带宽。
（2）估算放大器的带宽，要用到运放带宽积的概念，带宽积=增益X（-3dB带宽）。
按专家所给出的以上计算方法即可估算系统带宽。
3、把负电压转成正值问：我需要把负电压转成正值，范围是-0.494至-0.221V，想接一个反向比例运算电路，但是LM358接出来不对，OP07可以，但是OP07需要正负15V供电，比较麻烦。
请各位推荐一个正负5V供电的运放，谢谢了。
答：（1）不知你要的输出电压是多少，可以用SGM358试试电源电压是正负2.75（最大）。
（2）输出电压就是正的啊，0.221至0.494V，就是一个反相比例运算电路。
我再重说一下吧，其实很简单，就是把一个-0.494至-0.221V的电压转成正的即可，请大家推荐一种正负5V供电的运放。
之前我在multisim上用LM358模拟过，但是结果不对。
用OP07可以，但是需要正负15V供电，比较麻烦。
谢谢各位了！（3）楼主的问题，首先需要认真查看商品的技术规范（http：//.hel.fi/ideaport/d/lm358.pdf），问题自然明了。
答案是：合格的LM358在+/-5V电源和RL>=10KOhm的条件下，能够满足将幅度低于-1V的低频或直流信号做等幅反向转换或传输。
这里，不要被单电源运放的名称所迷惑。
单电源运放依然可以很好地工作在双电源供电的工作环境里。
不过是因为其比常规/标准运放具有更宽、更接近Vcc/Vee电源端电压的输入/输出能力与特性，才有此专称，两者的结构本质上相同。
通用运放在线性传输范围，依然有很多实际的单电源供电应用。
楼主在模拟/仿真LM358时，可能将供电设置成正极性单电源的方式，而一般的仿真软件，可能将输入电压条件内置为Vcc/V ee电源端电压的范围，输入电压已经超出限度，结果自然不正常。
从LM358的PNP差分输入结构看，+5V单电源结构即有可能基本满足（一定条件下）初始的要求；而CA3140（http：///stores/DataSheets/linear/ca3140.pdf）的PMOS差分输入结构在单电源条件下，满足要求的可能性更大。
OP-07运放+/-5V也是可正常工作的（http：//www.ortodoxism.ro/datasheets/nationalsemiconductor/OP-07.pdf）。
前期分析极为重要，但还得通过实际验证。
一个反向比例器的验证测试，在面包板上极为便捷。
若有测量仪器就更为方便与直接（Tek-577-178，BJ4840）。
通过测量，还可评估一下所用仿真工具的智能程度与符合实际的概率。
供参考。
4、微弱交流信号的提取与放大的问题问：我的有用信号是1~100nA频率1k~10khz的交流信号，但是接收信号中又存在1uA 左右的直流电流，我应该如何把我要的交流电流提取出来然后放大呢？另外放大部分有什么好的实现方法么？大概1nA要转换成10mV。
答：（1）解决问题时，需要提取焦点的“差异”，从而找出解决问题的钥匙。
这里的关键就是：实现10M欧姆跨阻比例器的直流调零。
关于电路的具体参数设计，有时常与工艺考查紧密相关。
根据经验推算：4MHz增益带宽乘积的运放与10M欧姆的普通反馈电阻Rf 实现的跨阻比例器的信号带宽可达到40KHz。
因此，对处于频率上限边界的10KHz的正弦频率分量，会有-1.83%的最大频率响应衰减。
主因就是与Rf等效并联的总分布电容Cf（电阻的封装结构电容+工艺装配结构电容——包括运放封装和PCB等空间结构电容）。
若此结果为不可接受的瓶颈，可考虑用两个5M欧姆电阻串联成一个10M电阻，等效Cf约可减半。
接近80KHz的电路带宽产生的最高频响衰减的影响，将减少到约-0.0335%了。
运放宜选用Ib<0.1nA（全工作温度范围内）和高带宽的产品，以保证零点的稳定和高频响应的要求。
或者对后续电路的传输采取交流隔直方式——以消除零点漂移的影响。
运放工作电源的交流纹波电压应<2mVp-p，不宜采用开关电源供电。
整个电路需要采取电场屏蔽措施——安装在屏蔽接地的金属盒子之中。
设计的前期考虑越细致、投入越多，研制进程中翻案、返工、打补丁的机会就越少，设计质量、产品质量才能更高，设计成本反而减少，生产的后期成本也越少。
反之，结果趋势相反。
这些思想，就是那个著名的前期高设计投入、后期低生产消耗的“投入-消耗成本时间反比曲线族”的具体体现。
确实反映出设计、生产实践中的一些客观规律。
（2）谢谢你给我建议，它对我有很大的帮助，但是还是有个问题我搞不懂，怎么实现你说的“直流调零”呢？另外能不能推荐几款合用的运放，再次感谢你。
（3）1uA直流通过10M欧姆在运放输出端通常产生+10V的输出电压。
也因此限制了交流信号的动态范围，并形成诸多不便。
将一个稳定的+10V（可用3296电位器微调）电压串接一个10M电阻连接到运放的反向输入端，形成一个相反的1uA抵消电流，10M反馈电阻中没有电流，输出直流电压也因此为零了LF356、LF411（+/-12V~15V双电源供电），OPA655（+/-5V双电源供电）。
5、紫外线传感器输出的电流放大问题问：传感器输出的电流大概是几十nA左右，但小弟在前面的放大问题上就碰到问题了，特向高手们请教芯片应该怎样选择，电路应该怎样设计才更好，先谢谢了。
答：（1）你可选用FET输入级的OP如LF356A；LF351连接成倒相型OP电路；反馈电阻100M欧姆在10V输出时相当于100nA/1V输出时相当于10nA，你的传感器就是输入端的串联电阻；反馈电阻可以不并电容，有屏蔽即可稳定工作。
（2）选输入阻抗大的，温漂小的运放如AD8551。