集成运算放大器的基础知识-图解讲解
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集成运算放大器的简单介绍PPT课件
RF 常用做测量分析方法1：
R如u–+如F则i1果则u+–：R取i：21uR1R=uoRo2R12R=RRu=F1+R–R3i2(R22u3/+i，/2=uRiR13u3=u+–i放=1uo)RoR大1F/电(/1R路F由RR由uuF1虚)虚R短断2uuR可Ri可i3112得RR得33：uRuuR：Roi1321uuuiRR2RiF1F1uRui11 )
–Uo(sat)
线性区： uo = Auo(u+– u–)
非线性区：
u+> u– 时， uo = +Uo(sat) u+< u– 时， uo = – Uo(sat)
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3. 理想运放工作在线性区的特点
u– u+
i– i+
– +
∞ +
因为 uo = Auo(u+– u– ) uo 所以(1) 差模输入电压约等于 0
(1
RF R1
)
R3 R2 R3
ui 2
RF R1
ui1
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16.2.4 积分运算电路
if =? if
i1 R1 + ui – R2
+uC– CF
– +
+
+
uO
–
由虚短及虚断性质可得
i1 = if
i1
ui R1
iF
CF
duC dt
当电容CF的初始电压 为 uC(t0) 时，则有
ui R1
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信号传 输方向
实际运放开环
反相
+UCC 电压放大倍数
R如u–+如F则i1果则u+–：R取i：21uR1R=uoRo2R12R=RRu=F1+R–R3i2(R22u3/+i，/2=uRiR13u3=u+–i放=1uo)RoR大1F/电(/1R路F由RR由uuF1虚)虚R短断2uuR可Ri可i3112得RR得33：uRuuR：Roi1321uuuiRR2RiF1F1uRui11 )
–Uo(sat)
线性区： uo = Auo(u+– u–)
非线性区：
u+> u– 时， uo = +Uo(sat) u+< u– 时， uo = – Uo(sat)
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3. 理想运放工作在线性区的特点
u– u+
i– i+
– +
∞ +
因为 uo = Auo(u+– u– ) uo 所以(1) 差模输入电压约等于 0
(1
RF R1
)
R3 R2 R3
ui 2
RF R1
ui1
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16.2.4 积分运算电路
if =? if
i1 R1 + ui – R2
+uC– CF
– +
+
+
uO
–
由虚短及虚断性质可得
i1 = if
i1
ui R1
iF
CF
duC dt
当电容CF的初始电压 为 uC(t0) 时，则有
ui R1
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信号传 输方向
实际运放开环
反相
+UCC 电压放大倍数
集成运算放大器基础
第3章 集成运算放大器
集成运算放大器基础
集成运放芯片引脚功能及元器件特点
图示为常用集成运放芯片产品实物图
集成运放的8个管脚排列图如下：
空脚
输出端
正电源端
调零端
8 7 65
μA741
1234
调零端
同相输入端
反相输入端
负电源端
第3章 集成运算放大器
集成运算放大器基础
集成运放图形符号
∞
μA741集成运放外部接线图
输出级常用电压跟 随器或互补电压跟 随器组成，以降低 输出电阻，提高带 负载能力。
集成运放内部除了上述三个部分，其内部还接有偏置电 路，偏置电路的作用是向各级提供合适的工作电流。
第3章 集成运算放大器
集成运算放大器基础
集成运算放大器的分类
1. 通用型运算放大器
μA741 单运放 LM386双运放 LM324四运放 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。
＋U0M
实际特性
线性区
0
ui(mV)
－U0M
饱和区
根据集成运放的实际特性和 理想特性，可分别画出其相应 的电压传输特性。
可以看出，当集成运放工作 在线性区(+U0M ~－U0M)时，其 实际特性与理想特性非常接近； 由于集成运放的电压放大倍数 相当高，即使输入电压很小， 也足以让运放工作在饱和状态， 使输出电压保持稳定。
U0 A u0
0
运放工作在线性区差模输入电压等于零，说明U U ， 即理想运放的两个输入端电位相等。
两点等电位相当于短路。理想运放的两个输入端并没有真 正短接，但却具有短接的现象称为“虚短”。
集成运算放大器基础
集成运放芯片引脚功能及元器件特点
图示为常用集成运放芯片产品实物图
集成运放的8个管脚排列图如下：
空脚
输出端
正电源端
调零端
8 7 65
μA741
1234
调零端
同相输入端
反相输入端
负电源端
第3章 集成运算放大器
集成运算放大器基础
集成运放图形符号
∞
μA741集成运放外部接线图
输出级常用电压跟 随器或互补电压跟 随器组成，以降低 输出电阻，提高带 负载能力。
集成运放内部除了上述三个部分，其内部还接有偏置电 路，偏置电路的作用是向各级提供合适的工作电流。
第3章 集成运算放大器
集成运算放大器基础
集成运算放大器的分类
1. 通用型运算放大器
μA741 单运放 LM386双运放 LM324四运放 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。
＋U0M
实际特性
线性区
0
ui(mV)
－U0M
饱和区
根据集成运放的实际特性和 理想特性，可分别画出其相应 的电压传输特性。
可以看出，当集成运放工作 在线性区(+U0M ~－U0M)时，其 实际特性与理想特性非常接近； 由于集成运放的电压放大倍数 相当高，即使输入电压很小， 也足以让运放工作在饱和状态， 使输出电压保持稳定。
U0 A u0
0
运放工作在线性区差模输入电压等于零，说明U U ， 即理想运放的两个输入端电位相等。
两点等电位相当于短路。理想运放的两个输入端并没有真 正短接，但却具有短接的现象称为“虚短”。
第4章-集成运算放大器电路PPT课件
.
22
模拟电子技术基础
此式表明，当Ir和所需要的小电流一定时，可计算
出所需的电阻R2。例如，已知Ir=1mA,要求IC2=10μA时，
则R2为
R21 20 6 1 1 0 06 3ln11000 10k2
如果VCC=15V，要使Ir=1mA,则Rr≈15kΩ。
由此可见，要得到10μA的电流，在VCC=15V时，采 用微电流电流源电路，所需的总电阻不超过27kΩ。如 果采用镜像电流源，则电阻Rr要大到1.5MΩ。
模拟电子技术基础
第四章
集成运算放大器 电路
.
1
本章重点：
➢集成运放的组成原理 ➢镜像电流源电路 ➢比例电流源电路
本章难点：
➢电流源电路的分析
模拟电子技术基础
.
2
模拟电子技术基础
4.1 集成运算放大器的概述 4.2 电流源电路 4.3 集成运放电路举例
.
3
模拟电子技术基础
4.1 集成运算放大器的概述
Rb
βib
rbe1
rce1 rce2
RL
A .u1(rcR 1e b / r /crb 2 e1 /eR /L)R b1 R rL b1e
.
30
模拟电子技术基础
有源负载差分放大电路
T3
T4
+
T1
T2
ui -
-VEE
+VCC RL
iC 3 iC 4 iC1 iC 2 iC 3 iC1 iO iC 4 iC 2 2iC1
电压与输出电压之间的相位关系。
uP
uN
Aod
uO
反相输入端
电压传输特性 uOf(uPuN)
集成运算放大器
uuic ic
_ ie1iRe
2 Re 2RRe e
V
ie2
uiuc ic
EE
++ uiu2 i2 －－
求共模电压放大倍数：
Rc
Rc
Auc
=
uoc uic
uo1 uic
+
Rb
T1
RL
uo1 －
T2 Rb
+
+
=
R 'L
ui1
uic
－
Rb rbe (1 )2Re
ie1
2 Re 2Re
ie2
uic
第五章 集成运算放大器
5.1 差动放大电路 5.2 集成运算放大器中的单元电路 5.3 集成运放简介 5.4 集成运算放大器中的主要参数 5.5 特殊集成运算放大器
什么是集成运算放大器？
集成运算放大器——高增益的直接耦合的集成 的多级放大器。
集成电路的工艺特点：
（1）元器件具有良好的一致性和同向偏差，因而特别有利于实现 需要对称结构的电路。
_Re
VEE
－
（3）输出电阻
Ro Rc
（4）共模电压放大倍数
ui1=ui2 =uic，
+VCC
设ui1 ，ui2 ie1 ， ie1 。
RRc c
RcRc
++
iRe （=2 ie1 ）
RRb b TT1 1
RL RL
u－－uoo11
T2T2 RbRb
++
画出共模等效 电路
uui1i1 －－
//
RL 2
Rb rbe
)
单端输出时： Aud
电工学第11章 集成运算放大器[精]
![电工学第11章 集成运算放大器[精]](https://img.taocdn.com/s3/m/45f869ed7f1922791788e812.png)
=－C
uidt
—ddu—t 0
输入为阶跃电压时积
if C
u 分器的输入输出波形 i1 R1
ui
i
U
uo
o
t
R2
uo o
t
∫ uo=
–
—C １ R— 1
t
0
uidt
= – —RU1—C t
微分运算电路
Ｒf if
i1 C
ui
uO
Ｒ2
输入与输出
的关系式为
若输入为方波 则输出波形为
ui uo uo= – Rf C –dd—ut i
i2 -
Rf R1
i1
u u u o = 1+ RR1f R2R+3R3
i2 -
Rf R1
i1
当R1=Rf=R2=R3时
Rf
u u u 0 = i2－ i1
R1
ui2
—减法运算电路
ui1
R2
uo
R3
两级反相输入减法运算电路
R f1
u R11 i1
N1
R12
R f2
ui2
R 21
11.1.3 主要参数
（1）开环电压放大倍数Au0 指集成运放工作在线性区，接入规定的负载，无负反馈情况
下的直流差模电压增益。集成运放的Au0一般很高，约为104～107；
（2）差模输入电阻ri和输出电阻r0 集成运放的差动输入电阻很高，可高达几十千欧和几十兆欧；
由于运放总是工作在深度负反馈条件下，因此其闭环输出电阻很 低，约在几十欧至几百欧之间；
uo= ui
11.2.2 加、减 运算电路
1、加法运算电路
反相加法运算电路
第06章集成运算放大器ppt
图6-10 输入保护电路
（2）输出保护
图 6-11 所示为输出端保护电路，限流电 阻 R 与稳压管 VZ构成限幅电路，它一方面将 负载与集成运放输出端隔离开来，限制了运 放的输出电流，另一方面也限制了输出电压 的幅值。当然，任何保护措施都是有限度的， 若将输出端直接接电源，则稳压管会损坏， 使电路的输出电阻大大提高，影响了电路的 性能。
图6-11 输出保护电路
（3）电源端保护
为防止电源极性接反，可利用二极管的
单向导电性，在电源端串接二极管来实现保
护，如图 6-12 所示。由图可见，若电源极性
接错，则二极管VD1、VD2不能导通，使电源
被断开。
图6-12 电源端保护源自二、 电路符号及基本连接2脚 —反向输入端， 3脚 —同向输入端， 4脚— 负电源端， 5 、 1间接调零电位器 6脚—输出端， 7脚 —正电源端，8脚—空脚（NC）。 使用时，先调零： 将V- 、 V+端同时接地（即令Ui=0），调RP ，使U0 =0， 使U0 =0后， RP不再变动， 这样，使用时，电路抑制共模信号的能力最强。 VNC
第六章
集成运算放大器
§6.1 集成运算放大器
§6.1.1 集成运算放大器的基本组成
集成运算放大器实质上是一个具有高 电压放大倍数的多级直接耦合放大电路。 从 20 世纪 60 年代发展至今已经历了四代产 品，类型和品种相当丰富，但在结构上基 本一致，其内部通常包含四个基本组成部 分：输入级、中间级、输出级以及偏置电 路，如图6-7所示。
R1
Rf R1
ui u i ii ui uo ui R2 Rf Auf 1 Rf R2
ui ui R2 ii if
uo
第11章集成运算放大器精品PPT课件
结论：反相输入端为 “虚地”。
注意 当反相输入端接地
R1
时, 因为存在负反馈信号, 同
相输入端 不是“虚地”！ui
R2
RF 第11章 11.1
uo
RF
uo
第11章 11.1
运放工作在线性工作状态的必要条件： 运放必须加上深度负反馈，如RF。
3.理想运放非线性工作的分析依据
“虚断路”原则
ii
ii
=
ui rid
(2) “虚短路”原则
ui = u+ – u-= —Au–ouo
–
ui
+ uo
+
对于理想运放 Auo ui 0
u– u+ 相当于两输入端之间（虚）短路
(3) “虚地”的概念
当同相输入端接地时，
ui
R1
由“虚断路”原则 ii = 0 , 有 u+= 0
R2
由“虚短路”原则 u_ u+ = 0
第11章 目录
第11章 集成运算放大器
11.1 运算放大器的简单介绍
11.3 运算放大器在信号运算方面的应用
11.4 运算放大器在信号处理方面的应用
11. 1 运算放大器的简单介绍
集成运放概述
第11章 111
集成运放是具有高开环电压放大倍数,并带有深度负反馈的 的直接耦合放大器。
1. 电路符号
反相 输入端
= 1 + RRF1 R2R+3R3 ui2
R3
uo = u'o + u"o = 1+ RRF1RR2+3R3ui2- RRF1 ui1
第11章 11.3
u o''
集成运算放大器的基础知识图解课件
选择合适的集成运算放大器
01
02
03
04
根据应用需求选择合适的类型 和规格。
考虑集成运算放大器的性能参 数，如带宽增益积、精度、噪
声等。
考虑集成运算放大器的功耗和 散热性能。
考虑集成运算放大器的封装形 式和引脚排列，以便于电路设
计和连接。
05 集成运算放大器的常见应 用电路
反相比例运算电路
总结词
02 集成运算放大器的基本结 构与工作原理
差分输入级
差分输入级是集成运算放大器 的核心部分，负责将差分输入 信号转换为单端输出信号。
它通常由两个对称的晶体管组 成，能够有效地抑制温漂和减 小噪声干扰。
差分输入级的作用是提高放大 器的输入电阻和共模抑制比， 从而提高信号的信噪比。
电压放大级
电压放大级是集成运算放大器中 用于放大输入信号的级，通常由
微分电路
总结词
微分电路是一种将输入信号进行微分运算的 电路，通常用于测量变化快速的物理量。
详细描述
在微分电路中，输入信号通过电阻R1和电 容C加到集成运算放大器的反相输入端，输 出信号通过反馈电阻RF反馈到反相输入端 。由于电容C的充电和放电过程，输出信号 与输入信号的时间导数成正比，从而实现微 分运算。微分电路常用于测量流量、振动等 变化快速的物理量。
06 集成运算放大器的使用注 意事项与故障排除
使用注意事项
避免电源电压过高或过低
集成运算放大器的正常工作电压范围 有限，过高或过低的电压可能导致器 件损坏。
输入信号幅度控制
输入信号幅度过大可能导致集成运算 放大器过载，影响性能甚至损坏器件 。
避免直流偏置
直流偏置可能导致集成运算放大器性 能下降，甚至无法正常工作。
电工学课件集成运算放大器演示文稿
线性区： uo=Auo(u+-u-)
分 析
两rid输→入∞端，的故输
入电流为零。
虚断
依 据
Auo→∞ ，uo为有限值，
故 u+-u-=uo/Auo≈0
即 u+ ≈ u-
饱和区
o -Uo(sat)
线性区
虚短
u+ - u-
当有信号输入时，如同相端 接地，即u+=0 则 u- ≈ 0
虚地
饱和区：
uo≠Auo(u+-u-) 当u+ >u- 时,uo=＋uo(sat) 当u+ <u- 时,uo=－uo(sat)
模拟集成电路：集成运算放大器、集成功率 放大器、集成稳压电源、集成数模转 换电路
16.1.1 集成运算放大器的特点
1. 尽量避免使用电容。 2. 输入级采用差动放大电路。 3. 电阻值大致为100Ω～ 30kΩ。 4. 二极管都采用三极管构成。
16.1.2 电路的简单说明
一、运放构成
输入端 输入级
下面的问题是从输出端将反
馈引到同相端还是反相端 ？
Z
答案是：引回到反相端
16.2.1 比例运算
i1
Ru1 -
if
-
∞Rf - ∞+
uo
1、反相输入
Rf —反馈电阻；
ui
u+ +
+
+
R2
uo
R2 —平衡电阻，用于消除
静态基极电流对输出电压的影
响。 R2= R1∥Rf 由KCL、KVL和运放工作在线性区的分析依据：
右图所示为运放输入和输 出电压的关系曲线，称为传输 特性。从图中看到，实际运放 的传输特性与理想运放比较接 近。
集成运算放大器的运用.pptx
度系数的热敏电阻RT,也可消除UT =kT/q引 起的温度漂移，实现温度稳定性良好的对数
运算关系。
第25页/共54页
•
二、反对数(指数)
•
指数运算是对数的逆运算，在电路结构上只要将对数运算器的电阻和
晶体管位置调换一下即可，如图7.1.16所示。
uBE
uo Rif RiC RISe UT
uBE ui
第7页/共54页
• 7.1.2
(Adder)
•1.反相输入求和电路 (Inver ting Adder)
•（ 1 ） 电 路 如 图 7 . 1 . 4 所 示 。 •直 流 平 衡 电 阻 ：
if Rf
R1 i1
ui1
i2 i-
ui2
-
RP R1 R2 R3 R f
R2
i+ +
+
uo
R3
（2）关系式：
图7.1.4 反相求和运算电路
因为反相端“虚地”(Virtual Ground)，
i1 i2 i f
ui1 ui2 uo
R1 R2
Rf
uo
Rf R1
ui1
Rf R2
ui 2
第8页/共54页
若 R1 R2 R
则
uo
Rf R
(ui1 ui2 )
例1：利用集成运放实现以下求和运算关系：
反向饱和电流的影响，RT是热敏电阻，用以补偿UT引起的温度漂移。由图
可见:
uo
(1
R3 R2 RT
)u A
uA
u BE 2
uBE1
UT
ln
ic 2 IS2
UT
ln
ic1 IS1
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数为无穷大。
图6-5 理想集成放大器的 图形符号
6.1.2理想集成运放
2理想集成运放工作特性
U O(sat ) uo
O
uI
非线性区
U O(sat ) 非线性区
线性区
实际集成运放
uo U O(sat )
O
uI
U O(sat )
理想集成运放
图6-6 集成运放的电压传输特性
6.1.2理想集成运放
6.1集成运算放大器的基本知识
基本组成 知
识
集成运算
分 布
放大器
理想集成运放的参数
网
络
理想运放
理想集成运放工作特性
6.1.1集成运放的基本组成
集成运放由输入级、中间级、输出级和偏置电路组成。
如图6-2所示。 输入级：一般采用差分放大电路以抑制零点漂移。 中间级：一般采用共发射极放大电路，提供足够高的电压放大倍数。 输出级：一般采用互补射极输出器组成的对称电路，以改善带负载能力。 偏置电路：为各级电路提供静态工作点a) 园壳式b) 双列直插式c) 扁平式图6-3 集成电路的外形121341213412134 集成运放从外型上看有双列直插式、园壳式、扁平式。图6-3 是部分集成电路 的外形图(管脚的排列为从标志起逆时针数1，2，3，4……。)
1 21 3 4
a) 园壳式
1 21 3 4
b) 双列直插式 图6-3 集成电路的外形
1 21 3 4
c) 扁平式
6.1.1集成运放的基本组成
集成运算放大器的图形符号为图6-4示。 图中“＋”表示同相输入端，输出信号与同相输入端输入信号相位相同；“－” 表示反相输入端，输出信号与反相输入端输入信号相位相反。表示信号输出端。 箭头的指向为放大器的传输方向；表示放大器的放大倍数。
2.其他几种运算
6.2.2集成运算放大器的非线性应用
集成运放在开环状态时，一般工作在非线性区。可做电压比较器使用。
图6-14(a) 为电压比较器电路及电压传输特性,
当 ui
U
时，
R
u
0
U om
当 ui
U
时，
R
u
0
U om
通过输出电压的正负可显示两输入端电位的关系，实现电压比较,如图6-14（b）。
当 Rf 0
或 R1 ,
u0 ui （6-6）
称为电压跟随器，电路如图6-9所示。
R2 + uI -
-
+
+
+
uo
-
图6-9 电压跟随器
6.2.1集成运算放大器的线性应用
2.其他几种运算
集成运放其它几种运算应用如表6-2所示，用“虚短”“虚断”概念， 同样可分析出结论.
6.2.1集成运算放大器的线性应用
6.2.1集成运算放大器的线性应用
1.比例运算
2) 同相输入
如图6-8所示。输入信号经电阻送到同相输入端。 由“虚短”、“虚断”性质可知：
i1
ui R1
if
uo ui Rf
i f ii
ui uo ui
Ri
Rf
∴输出电压与输入电压uo同 (1相 R，R1f )u且i 成比例（，6故-5称）为同相比例运算。
3 元器件的选定及工作原理： 其电路如图6-20所示。当蓄电池的电压大于13V或小于 10V时，发光二极管LED1或LED2分别发光警告。
图6-20 蓄电池欠压、过压报警器
3 元器件的选定及工作原理：
1)基准单元：
由R3及VZ组成。稳压管选用稳压值为2.5V的稳压管，取工作电流为
=1mA。则R3V=CC Uz (12 2.5)V 0.95K
u0 Aod (u u ) （6-1）
u
- Aod
u
+
uo
+
图6-4 运算放大器的图形符号
6.1.2理想集成运放
1 理想集成运放的主要参数
开环差模电压放大倍数 Aod →∞
差模输入电阻
Rid →∞
输出电阻
Rod = 0
共模抑制比
KCMR →∞
理想集成放大器的图形符号为图6-5所示，
其中∞代表理想放大器的放大器的放大倍
2理想集成运放工作特性
图6-6为实际集成运放和理想集成运放的电压传输特性。传输特性分为线性区和 非线性区。 1）线性区 当集成运放输入信号很微小时，集成运放输出信号随输入信号变化线性变化， 其比值为集成运放的电压放大倍数。集成运放工作在线性状态。一般电路引入 强度负反馈时才可保证集成运放工作在线性区。 集成运放工作在线性区时有两个重要特征： (1)虚短：输入信号很微小，近似为0，两输入端电位近似相同， ,近似为短路， 称为“虚短” (2) 虚断： 集成运放工作在线性区时，由于输入阻抗很高近似为∞，输入电流, 两输入端相当于断开，称为“虚断”。 “虚短”与虚断”是分析运算放大器的线性应用的重要依据。 2）非线性区 集成运放开环状态时工作在非线性区，输出电压为最大饱和值：+U 0m或 - U 0m， 不随输入电压变化。
图 6-15 例6-3用图
1.认识电路 2.电路安装 3.电路调试
1.认识电路
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1 集成电压比较电路—— LM119(319)及KA319简介. LM119(319)的管脚图如图6-18 ， LM119为军用，LM319为民用。 KA319的管脚图如图6-19 2 电路的组成： A1及外围元件构成过压检测器，A2 及外围元件构成欠压检测器，VZ提 供参考电压即阀门电压，R3为VZ的 限流电阻。VZ为2.5V的稳压管。
。
取R3=10KΩ
IF1
1mA
2)超压警报单元
A1为单值比较器，基准电平为=2.5V,当电池的电压低于13V时，应有＜
2.5V，比较器A1输出高电平，LED1截止，不亮；当电池的电压高于
6.2集成运算放大器的应用
比例运算
知 识 分 布 网 络 集成运放
的应用
线性应用
加法运算 减法运算 除法运算 微分运算 积分运算
反相输入 同相输入
非线性应用 电压比较器
6.2.1集成运算放大器的线性应用
1.比例运算
1）反相输入 反相输入放大电路如图6-7所示。 输入信号 经电阻R1送到反相输入端，同相输入端经RP接地。为反 馈电阻，构成电压并联负反馈组态。图中电阻RP 称为直流平衡电阻， 以消除静态时集成运放内输入级基极电流对输出电压产生影响，进 行直流平衡。
当
时,称为过零比较器。其传输特性如图6-14（c）。
UR 0
(a)
(b)
(c)
图6-14 运算放大器的非线性应用
例:
例6-3 两级运放电路如图6-15所示，第一级运放的输入信 号V，第二级运放的同相输入端加入参考电压=1 V。集成 运放的饱和输出电压V，双向稳压管的=6 V。试对应画出 输出电压的波形。