运算放大器基础
运算放大器基础1——缓冲器跟随器
运算放大器基础1——缓冲器/跟随器今天我们学习带有反馈的运放电路。
最简单的反馈，就是将运放输出直接接到运放的反相输入端，这种电路有一个特定的名称——“缓冲器/跟随器”（Buffer Amplifier），其输出总是跟随着输入，主要的作用是阻抗变换。
以下，我们来逐一分析。
一、缓冲器/跟随器对于任何有反馈的运放电路，我们需要记住两条原则：运放反相和正相输入端电压总是相等运放反相和正相输入端没有电流输入运放作为缓冲器的电路如下：图1-运放作为缓冲器电路对于缓冲器电路，由于输出直接连接了反相输入，根据上述两条原则，所以Vout = Vin+ = Vin-。
可见，运放此时并没有放大电压，那运放起了什么作用？答案是阻抗变换。
二、阻抗变换我们知道电源有内阻，负载有阻抗（不考虑频率响应的话，阻抗就等于电阻）。
图2-电源内阻与负载阻抗对于电压型负载来说，电源内阻越小、负载阻抗越大越好，这样它获得的电压越大。
如果电源内阻较大，而负载阻抗较小，那负载就无法获得较高份额的电压。
对于这种情况，需要加入缓冲器：图3-通过运放缓冲器作为阻抗变换缓冲器的特点是输入阻抗无穷大，而输出阻抗又很小，在它后面接上负载，可以让负载保证获得较大电压。
三、缓冲器/跟随器案例我们来构建一个案例，如下图，电源输入是12V，通过稳压二极管获得9V电压，后又经过两个10KΩ电阻分压获得4.5V电压，并以此为负载供电。
那么，假设我们的负载是200Ω，如果直接到10KΩ电阻上，负载上的电压是多少呢？还是4.5V吗？图4-负载直接接在10KΩ电阻上，负载电压降低可见，实际负载的电压只有173mV。
大家可以通过KVL公式（基尔霍夫电压定律）计算一下是不是这个结果。
如果通过运放缓冲器接到10KΩ电阻上，是什么结果呢？图5-负载通过缓冲器接在10KΩ电阻上，负载电压稳定可见，由于运放的高输入阻抗、低输出阻抗，使得最终负载获得的电压还是4.5V。
（全文完）。
运算放大器学习的12个基础知识点
运算放大器学习的12个基础知识点一、一般反相/同相放大电路中都会有一个平衡电阻，这个平衡电阻的作用是什么?1、为芯片内部的晶体管提供一个合适的静态偏置，芯片内部的电路通常都是直接耦合的，它能够自动调节静态工作点。
但是，如果某个输入引脚被直接接到了电源或者地，它的自动调节功能就不正常了。
因为芯片内部的晶体管无法抬高地线的电压，也无法拉低电源的电压，这就导致芯片不能满足虚短、虚断的条件，电路需要另外分析。
2、消除静态基极电流对输出电压的影响，大小应与两输入端外界直流通路的等效电阻值平衡，这也是其得名的原因。
二、同相比例运算放大器，在反馈电阻上并一个电容的作用是什么?1、反馈电阻并电容形成一个高通滤波器, 局部高频率放大特别厉害。
2、防止自激。
三、运算放大器同相放大电路如果不接平衡电阻有什么后果?烧毁运算放大器，有可能损坏运放，电阻能起到分压的作用。
四、在运算放大器输入端上拉电容，下拉电阻能起到什么作用?是为了获得正反馈和负反馈，这要看具体连接，比如我把现在输入电压信号，输出电压信号，再在输出端取出一根线连到输入段。
那么由于上面的那个电阻，部分输出信号通过该电阻后获得一个电压值，对输入的电压进行分流，使得输入电压变小，这就是一个负反馈。
因为信号源输出的信号总是不变的，通过负反馈可以对输出的信号进行矫正。
五、运算放大器接成积分器，在积分电容的两端并联电阻RF的作用是什么?用于防止输出电压失控。
六、为什么一般都在运算放大器输入端串联电阻和电容?如果你非常熟悉运算放大器的内部电路的话，你就会知道，不论什么运算放大器都是由几个晶体管或是mos管组成。
在没有外接元件的情况下，运算放大器就是个比较器，同相端电压高的时候，会输出近似于正电压的电平，反之也一样。
但这样运放似乎没有什么太大的用处，只有在外接电路的时候，构成反馈形式，才会使运放有放大功能。
七、运算放大器同相放大电路如果平衡电阻不对有什么后果?1、同相反相端不平衡，输入为0时也会有输出，输入信号时输出值总比理论输出值大或小一个固定的数。
运算放大器的电阻电路基础知识讲解
重点
（1）理想运算放大器的外部特性； （2）含理想运算放大器的电阻电路分析； （3）熟悉一些典型的电路；
5.1 运算放大器的电路模型
1. 简介
运算放大器(operational amplifier)
是一种有着十分广泛用途的电子器件。最早开始应 用于1940年，1960年后，随着集成电路技术的发展， 运算放大器逐步集成化，大大降低了成本，获得了越来 越广泛的应用。
3V
R
R
u0 u1 2u3 6 3 3V
练习 设计一个用运放和电阻组成的电路，其输出电压为：
2x－y－z
其中x、y、z 分别表示三个输入电压的值，设x、y、z不超过
10V,同时要求每一个电阻的功率不超过0.5W，确定各电阻的 值。
uy
R
R uz
ux R 2R
R
_
+
+
+ u_o
Usat
-
近似特性
实际特性
②正向饱和区：
ud> 则 uo= Usat
③反向饱和区：
O
Ud/mV
ud<- 则 uo= -Usat
-Usat
是一个数值很小的电压，例如 Usat=13V,A =105，则=0.13mV。
3. 电路模型 输出电阻
u-
Ri u+
+_RAo(u+-uu＋-o)
当: u+= 0, 则uo=－Au－
u1
_
u2
R2 R1 R2
u1
R1
+
u1 _
R2
+
+
+
运算放大器的基础知识
运算放大器基础和基本运算电路
第一节 运算放大器基础一、集成电路与集成运算放大器1．集成电路概念把具有某项功能的电路元件（二极管、晶体管、小电阻、小电容等）和连接导线集中制作在一块半导体芯片上，组成具有该功能的整体。
2．分类模拟集成电路、数字集成电路。
（1）模拟集成电路用于处理模拟信号，即用于放大或改变连续变化的电压或电流信号。
运算放大器就是模拟集成电路中重要产品之一。
优点：体积小、可靠性高、成本低、温度特性好、通用性和灵活性强。
（2）数字集成电路用于处理数字信号的电路，即处理不连续变化的电压或电流信号。
数字集成电路是用量最大的集成电路。
二、运算放大器的内部和外部电路1．内部电路组成：使用时将它视为一个整体，注意了解它的外部特性和各个引出线的用途。
2．外部电路外部接线如图所示（1）反相输入端，用“-”标示，表示输出信号与输入信号相位相反。
（2）同相输入端，用“+”标示，表示输出信号与输入信号相位相同。
（3）信号输出端，用U o表示。
（4）正、负电源端，用U P和U N标示。
（5）外接直流零点调节电位器。
（6）外接相位补偿电路端。
（7）接地端。
3．运算放大器的图形符号三、运算放大器的基本特性运算放大器电路复杂，精确计算十分困难，但只要突出其主要性能，使其理想化，就可大大简化分析与计算。
（1）开环差分电压增益（2）开环差分输入电阻（3）输出电阻（4）频带宽度BW→（5）温度引起的电压漂移0V综合上述特性可得到理想运放的两个结论：1．“虚短”：运算放大器两输入端电位相等U P = U N。
2．“虚断”：理想运算放大器的输入电流等于零I N = I P = 0。
这两个结论可以大大简化运算放大电路的分析过程，在实际中运算放大器的特性很接近理想特性，所以来分析实际电路是可行的。
第二节 运算放大器的基本运算电路一、反相比例运算电路电路——反馈电阻，接在输出端与反相端之间，构成深度负反馈。
——输入电阻，为输入平衡电阻，且＝//。
保证两个输入端的外接电阻平衡，使电路处于平衡对称的工作状态，信号从反相输入端与地之间加入。
常用运算放大器16个基本运算电路
5. 微分运算电路
微分运算电路如图 5 所示，
XFG1
R2 15kΩ
C2
22nF
V3
R1
C1
4
12 V
2
1kΩ
22nF
U1A
1
3
T L082CD
8
V2 12 V
XSC1
A +_
B +_
Ext Trig +
_
图5
电路的输出电压为 uo 为：
uo = −R2C1 dui dt
式中， R2C1 为微分电路的时间常数。若选用集成运放的最大输出电压为UOM ,
式中，Auf = 1+ RF / R1 为同相比例放大电路的电压增益。同样要求 Auf 必须小于 3， 电路才能稳定工作，当 f = fo 时，带通滤波器具有最大电压增益 Auo ，其值为：
Auo = Auf / (3 − Auf )
10. 二阶带阻滤波电路
二阶带阻滤波电路如图 10 所示，
C1
1nF R1
_
图 15 全波整流电路是一种对交流整流的电路，能够把交流转换成单一方向电 流，最少由两个整流器合并而成，一个负责正方向，一个负责负方向，最典 型的全波整流电路是由四个二极管组成的整流桥，一般用于电源的整流。 全波整流输出电压的直流成分（较半波）增大，脉动程度减小，但变压器需 要中心抽头、制造麻烦，整流二极管需承受的反向电压高，故一般适用于要 求输出电压不太高的场合。
R1 10kΩ
4 2
12 V
U1A 1
3
8 TL082CD
R3 9kΩ
V2 12 V
D2 1N4148
XSC1
A +_
运算放大器基本电路大全
运算放大器基本电路大全我们经常看到很多非常经典的运算放大器应用图集，但是这些应用都建立在双电源的基础上，很多时候，电路的设计者必须用单电源供电，但是他们不知道该如何将双电源的电路转换成单电源电路。
在设计单电源电路时需要比双电源电路更加小心，设计者必须要完全理解这篇文章中所述的内容。
1．1 电源供电和单电源供电所有的运算放大器都有两个电源引脚，一般在资料中，它们的标识是VCC＋和VCC－，但是有些时候它们的标识是VCC＋和GND。
这是因为有些数据手册的作者企图将这种标识的差异作为单电源运放和双电源运放的区别。
但是，这并不是说他们就一定要那样使用――他们可能可以工作在其他的电压下。
在运放不是按默认电压供电的时候，需要参考运放的数据手册，特别是绝对最大供电电压和电压摆动说明。
绝大多数的模拟电路设计者都知道怎么在双电源电压的条件下使用运算放大器，比如图一左边的那个电路，一个双电源是由一个正电源和一个相等电压的负电源组成。
一般是正负15V，正负12V和正负5V也是经常使用的。
输入电压和输出电压都是参考地给出的，还包括正负电压的摆动幅度极限Vom以及最大输出摆幅。
单电源供电的电路(图一中右)运放的电源脚连接到正电源和地。
正电源引脚接到VCC＋，地或者VCC－引脚连接到GND。
将正电压分成一半后的电压作为虚地接到运放的输入引脚上，这时运放的输出电压也是该虚地电压，运放的输出电压以虚地为中心，摆幅在Vom 之内。
有一些新的运放有两个不同的最高输出电压和最低输出电压。
这种运放的数据手册中会特别分别指明Voh 和Vol 。
需要特别注意的是有不少的设计者会很随意的用虚地来参考输入电压和输出电压，但在大部分应用中，输入和输出是参考电源地的，所以设计者必须在输入和输出的地方加入隔直电容，用来隔离虚地和地之间的直流电压。
(参见1.3节)图一通常单电源供电的电压一般是5V，这时运放的输出电压摆幅会更低。
另外现在运放的供电电压也可以是3V 也或者会更低。
运算放大器
运算放大器（英语：Operational Amplifier，简称OP、OPA、OPAMP、运放）是一种直流耦合，差模（差动模式）输入、通常为单端输出（Differential-in, single-ended output）的高增益（gain）电压放大器，因为刚开始主要用于加法，减法等模擬运算电路中，因而得名。
通常使用运算放大器时，会将其输出端与其反相输入端（inverting input node）连接，形成一负反馈（negative feedback）组态。
原因是运算放大器的电压增益非常大，范围从数百至数万倍不等，使用负反馈方可保证电路的稳定运作。
但是这并不代表运算放大器不能连接成正反馈（positive feedback）组态，相反地，在很多需要产生震荡信号的系统中，正反馈组态的运算放大器是很常见的组成元件。
运算放大器有许多的规格参数，例如：低频增益、单位增益频率（unity-gain frequency）、相位边限（phase margin）、功耗、输出摆幅、共模抑制比（common-mode rejection ratio）、电源抑制比（PSRR，power-supply rejection ratio）、共模输入范围（input common mode range）、电压摆动率（slew rate）、输入偏移电压（input offset voltage，又译：失调电压）、还有噪声等。
目前运算放大器广泛应用于家电，工业以及科学仪器领域。
一般用途的集成电路运算放大器售价不到一美元，而现在运算放大器的设计已经非常可靠，输出端可以直接短路到系统的接地端（ground）而不至于被短路电流（short-circuit current）破坏。
目录[隐藏]∙ 1 运算放大器的历史∙ 2 运算放大器的基础o 2.1 电路符号o 2.2 理想运算放大器的操作原理▪ 2.2.1 开回路组态▪ 2.2.2 负反馈组态▪ 2.2.2.1 反相闭回路放大器▪ 2.2.2.2 非反相闭回路放大器▪ 2.2.3 正反馈组态∙ 3 实际运算放大器的局限o 3.1 直流的非理想问题▪ 3.1.1 有限的开回路增益▪ 3.1.2 有限的输入阻抗▪ 3.1.3 大于零的输出阻抗▪ 3.1.4 大于零的输入偏压电流▪ 3.1.5 大于零的共模增益o 3.2 交流的非理想问题o 3.3 非线性的问题o 3.4 功率损耗的考量∙ 4 在电路设计中的应用∙ 5 直流特性∙ 6 交流特性∙7 运算放大器的应用∙8 741运算放大器的内部结构o8.1 电流镜与偏压电路o8.2 差分输入级o8.3 增益级o8.4 输出级∙9 CMOS运算放大器的内部结构∙10 其他应用∙11 参见∙12 参考资料与附注∙13 外部链接[编辑]运算放大器的历史第一个使用真空管设计的放大器大约在1930年前后完成，这个放大器可以执行加与减的工作。
运算放大器基础：比较器电路
于检测电压何时上升超过某个点。
在电子电路设计中经常使用比较两个电压并根据两个电压的比较提供数字输出的电路。
对于比较器电路，需要一个高增益放大器，这样即使输入端的微小变化也会导致输出电平牢固切换。
运算放大器用于许多电子电路设计，但特定的比较器芯片可提供更好的性能。
1.比较器应用比较器电路在电子电路设计中有很多用途。
通常需要能够检测到某个电压并根据检测到的电压切换电路。
一个例子可以用于温度检测电路。
这可能会产生取决于温度的可变电压。
当温度低于给定点时，可能需要打开加热，这可以通过使用比较器来检测与温度成比例的电压何时降至某个值以下来实现。
对于这些和许多其他用途，可以使用称为比较器的电路。
2.什么是比较器？顾名思义，比较器意味着这些电子元件和电路用于比较两个电压。
当一个高于另一个时，比较器电路输出处于一种状态，当输入条件相反时，比较器输出切换到另一种状态。
比较器基本部件包括一个具有差分输入的高增益放大器- 一个反相输入和一个同相输入。
在工作方面，比较器根据输入状态在高电平和低电平之间切换。
如果同相输入高于反相输入，则输出为高电平。
如果同相输入低于反相输入，则输出为高电平。
比较器工作摘要3.比较器和运算放大器虽然使用运算放大器作为比较器很容易，特别是当包含多个运算放大器的芯片有一个备用运算放大器时，可能很容易使用。
但是，采用这种方法并不总是可取的。
运算放大器可能无法始终正常工作，或者可能无法提供最佳性能。
也就是说，当应用要求不高时，使用这些电子元件总是很诱人，因为它们可能已经可用。
比较器芯片和运算放大器的性能在许多方面有很大不同：运算放大器闩锁：在某些情况下，特别是当运算放大器被强力驱动时，它可能会闩锁，即即使输入发生变化，输出也保持不变。
比较器设计为在此模式下工作，切勿闩锁。
这是使用比较器而不是运算放大器可能具有明显优势的一个关键领域。
开环操作：运算放大器设计为在闭环模式下使用，其电路针对此类场景进行了优化。
运算放大器基本知识
运算放大器基本知识运算放大器基本知识一、引言在现代电子技术领域，运算放大器是一种广泛应用的重要电路元件。
它具有高输入阻抗、低输出阻抗、可变增益和线性放大等特点，在信号处理、自动控制、仪器仪表以及通信等领域都扮演着举足轻重的角色。
本文将从运算放大器的分类、基本原理和应用等方面进行介绍，希望读者可以对运算放大器有一个全面的了解。
二、运算放大器的类别根据运算放大器的基本结构和性质，可以将其分为两大类别：开环运算放大器和闭环运算放大器。
1. 开环运算放大器开环运算放大器是指将输入信号直接送入放大器的输入端口，而输出信号则从放大器的输出端口取出的一种极简化模型。
在此模型中，放大器没有任何反馈电路，因此其输入阻抗较高，输出阻抗较低，增益较大。
只是由于放大器的增益不稳定，无法满足一些实际应用的要求，因此常常需要通过反馈电路来稳定其增益。
2. 闭环运算放大器闭环运算放大器是在开环运算放大器基础上加入了反馈电路，并将输出信号的一部分反馈给输入端口的一种信号放大器。
闭环运算放大器利用反馈电路来精确控制其增益和频率响应，因此具有更好的稳定性和线性特性。
其应用范围较广泛，是我们日常生活中常见的放大器类型。
三、运算放大器的基本原理运算放大器的基本原理是通过差分输入信号对输入信号进行放大和处理。
它由两个输入端口（非反相端口和反相端口）、一个输出端口和一个电源端口组成。
1. 差分输入差分输入是指在运算放大器的非反相输入端口和反相输入端口之间所提供的输入信号。
当在非反相端口输入正电压信号，反相端口输入负电压信号时，差分输入就产生了。
差分输入是运算放大器放大和处理信号的关键所在，差分输入的大小和极性决定着输出信号的变化。
2. 开环增益开环增益是指运算放大器在没有反馈电路作用下的增益。
根据运算放大器的特性，其开环增益一般较大，通常可达几千至几百万倍。
3. 反馈反馈是指将部分输出信号送回至输入端口，以调节放大器的增益和稳定其性能的一种电路。
集成运算放大器的基础知识-图解
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
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。
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）。
模电运算放大器基础知识总结
模电运算放大器基础知识总结模拟电路中的运算放大器是一种重要的电子器件，用于放大输入信号并输出放大后的信号。
在模拟电路设计和运算放大器的应用中，掌握一些基础知识是非常重要的。
运算放大器是一种具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗的电路。
它通常由一个差分放大器和一个输出级组成。
差分放大器负责放大输入信号，而输出级则负责将放大后的信号输出。
运算放大器的基本特性包括放大倍数、输入阻抗、输出阻抗、失调电压和失调电流等。
放大倍数是指输入和输出之间的增益关系，一般用电压增益表示。
输入阻抗是指输入端对外部电路的阻抗，输出阻抗是指输出端对外部电路的阻抗。
失调电压和失调电流是指运算放大器在工作时产生的误差。
在运算放大器的应用中，常见的电路包括反相放大器、非反相放大器、加法器、减法器、积分器和微分器等。
反相放大器是将输入信号进行反相放大的电路，非反相放大器则是将输入信号进行非反相放大的电路。
加法器可以将多个输入信号相加，减法器可以将多个输入信号相减。
积分器可以对输入信号进行积分，微分器可以对输入信号进行微分。
在运算放大器的设计中，需要考虑一些关键参数，包括增益带宽积、相位裕度和稳定性等。
增益带宽积是指运算放大器在增益和带宽之间的乘积，相位裕度是指运算放大器的相位裕量与频率之间的关系，稳定性是指运算放大器在不同工作条件下的稳定性能。
为了实现更好的性能，运算放大器的设计需要考虑一些技术细节，包括电源抗扰度、共模抑制比、温漂和功耗等。
电源抗扰度是指运算放大器对电源电压波动的抵抗能力，共模抑制比是指运算放大器对共模信号的抵制能力，温漂是指运算放大器在温度变化时的性能变化，功耗是指运算放大器在工作时消耗的功率。
当设计和使用运算放大器时，还需要考虑一些常见问题和应用注意事项。
例如，输入和输出范围、电源电压、偏置电流和失调电压等问题都需要仔细考虑。
此外，还需要注意信号的幅度、频率和相位等特性，以确保运算放大器的正常工作和性能。
运算放大器是模拟电路中非常重要的器件，掌握它的基础知识对于模拟电路设计和应用至关重要。
运算放大器工作原理
运算放大器工作原理运算放大器（Operational Amplifier，简称Op-Amp）是一种重要的电子器件，它在现代电子电路中有着广泛的应用。
运算放大器的工作原理是基于差分放大器的基础上进行改进和优化，使得它具有高增益、高输入阻抗、低输出阻抗等优良特性。
本文将从运算放大器的基本原理、内部结构、工作特性以及应用领域等方面进行详细介绍。
一、基本原理运算放大器是一种差动放大器，它由多个晶体管、电阻、电容等元件组成。
在运算放大器的内部，有两个输入端和一个输出端。
其中一个输入端称为非反相输入端（+），另一个输入端称为反相输入端（-）。
运算放大器的输出端输出的是输入信号的放大值，其放大倍数由运算放大器的增益决定。
运算放大器的工作原理可以用简单的电路模型来描述。
在理想情况下，运算放大器的增益是无穷大的，输入阻抗是无穷大的，输出阻抗是零。
这意味着运算放大器可以放大微小的输入信号，并且不会对输入信号产生影响，同时输出的电压可以根据输入信号的大小进行线性放大。
二、内部结构运算放大器的内部结构非常复杂，一般由多个晶体管、电阻、电容等元件组成。
其中最核心的部分是差分放大器。
差分放大器由两个晶体管和若干电阻组成，它的作用是将输入信号进行放大，并将放大后的信号送入后级放大器进行进一步放大。
在运算放大器的内部，还有许多其他的电路，如反馈电路、偏置电路等，它们都起着至关重要的作用。
三、工作特性运算放大器具有许多优良的工作特性，这些特性使得它在电子电路中有着广泛的应用。
首先，运算放大器具有高增益。
在理想情况下，运算放大器的增益是无穷大，这意味着它可以对微小的输入信号进行高度放大。
其次，运算放大器具有高输入阻抗和低输出阻抗。
这使得它可以接受各种不同的输入信号，并且可以驱动各种不同的负载。
此外，运算放大器还具有良好的线性特性、宽带宽等特点。
四、应用领域由于其优良的工作特性，运算放大器在电子电路中有着广泛的应用。
它可以用于信号放大、滤波、比较、积分、微分等各种电路中。
电路基础原理运算放大器的基本原理
电路基础原理运算放大器的基本原理电路基础原理：运算放大器的基本原理在现代电子技术中，运算放大器（Operational Amplifier，简称为Op-Amp）被广泛应用于电路设计和信号处理。
它是一种高增益、差分输入的电子放大器，可以实现各种数学运算和信号处理功能。
本文将介绍运算放大器的基本原理及其应用。
一、运算放大器的结构运算放大器主要由五个基本部分构成：差分输入对、放大模块、负反馈回路、电源引脚和输出引脚。
在差分输入对中，通常包含有两个电晶体管，它们将输入信号转换为电流信号。
放大模块则负责将电流信号放大为电压信号。
负反馈回路则将一部分输出信号与输入信号进行比较并进行补偿，从而保证放大器的稳定性和准确性。
电源引脚为运算放大器提供正负稳定的直流电源。
输出引脚则将放大后的电压信号输出。
二、运算放大器的基本原理1. 增益特性运算放大器的增益特性非常重要。
它的差模增益（Differential Gain）和共模增益（Common Mode Gain）分别表示了对差分信号和共模信号的放大倍数。
差模增益应尽可能大，而共模增益应尽可能小，以保证运算放大器对差异信号的放大，而对共模信号的抑制。
2. 输入和输出阻抗运算放大器的输入阻抗非常高，接近无穷大，对外部电路几乎没有影响，而输出阻抗非常低，接近于零，能够提供较大的输出电流。
这种高输入阻抗和低输出阻抗的特性使得运算放大器适用于各种电路设计中。
3. 温度稳定性运算放大器的温度稳定性是指在不同温度下，其性能是否保持稳定。
温度变化可能会导致电路的放大倍数、输入偏移电压和输入偏移电流等参数发生变化。
为了增加运算放大器的温度稳定性，可以采用温度补偿电路或者采用热稳定的元器件。
三、运算放大器的应用运算放大器作为一种通用电子器件，应用广泛，下面将介绍几种常见的应用场景。
1. 基本放大器运算放大器可以作为一个基本放大器使用，通过调整反馈电阻和输入信号，实现各种不同的放大倍数。
运算放大器基础知识概要
运算放大器基础知识概要运算放大器（Operational Amplifier，简称OP-AMP）是一种重要的电路元件，被广泛应用于电子工程中。
它由一个差分输入和一个差分放大器组成，具备高增益、高输入阻抗和低输出阻抗等特性。
本文将对运算放大器的基础知识进行概要介绍。
一、运算放大器的基本结构运算放大器通常由差分放大器、级联放大器和输出级组成。
差分放大器是运算放大器的核心部分，它由一对输入电压分别连接到放大器的非反相输入端（+）和反相输入端（-）。
通常，差分放大器还配备一个负反馈网络，将输出信号与输入信号进行比较，以实现放大器的稳定性和精确性。
二、运算放大器的主要参数1. 增益：运算放大器的增益指的是输入信号与输出信号之间的比例关系。
与放大器中的电压增益AV有关的参数有开环增益Ao和封闭环增益Af。
2. 输入电阻和输入偏置电流：输入电阻是衡量运算放大器对输入电流的敏感度的指标，通常用欧姆（Ω）表示。
输入偏置电流则是指差分输入端的电流不一致性。
3. 输出电阻：输出电阻是指运算放大器的输出端对负载电阻的影响，输出电阻越小，输出电压对负载的影响越小。
4. 带宽和相位裕度：运算放大器的带宽是指其放大功能有效的频率范围，相位裕度则是指输出信号相对于输入信号的相移。
5. 失调电压和失调电流：运算放大器的失调电压是指在输入信号为零时输出信号的基准电平。
失调电流是指在输入电路中存在的任何源产生的电流不平衡。
三、运算放大器的应用领域运算放大器广泛应用于模拟电路和数字电路中。
在模拟电路中，它可以用于电压放大、电流放大、信号滤波、加法器、减法器、积分器等。
在数字电路中，运算放大器可以用作比较器、电压参考源等。
结语运算放大器是电子工程中不可或缺的一部分，通过差分放大、反馈控制等功能，实现了信号的放大、稳定性和精确性。
本文概要介绍了运算放大器的基础知识，包括其基本结构、主要参数和应用领域，为读者提供了一个初步了解运算放大器的视角。
运放内部结构详细讲解
运放内部结构详细讲解1. 运算放大器的基础知识运算放大器，咱们通常叫它“运放”，其实就是个神奇的小东西，电路里的万金油。
它的作用简单粗暴：放大信号。
不过，嘿，放大可不是乱放大的，得有技巧。
就好比你在KTV唱歌，得找个合适的麦克风才能把你的声音唱得嘹亮。
运放里有个“增益”参数，就是调节你声音大小的那根“调音旋钮”。
一般来说，它有两个输入，一个输出，听起来是不是有点复杂，但实际上就像你跟朋友聊八卦，一个说一个听，最后得出一个结论。
1.1 运放的结构概览要聊运放的内部结构，咱得先从它的基本组成部分说起。
它通常包含差分放大器、增益级和输出级。
差分放大器就像一对双胞胎兄弟，它能把两个输入信号进行比较，然后把差别放大。
增益级则是给信号加油，让它变得更强大。
最后，输出级负责把这个强大的信号输出，就像把最后的产品送到客户手里。
简单来说，运放就像一个工厂，信号在里面经过几道工序，最终变得更有力量。
1.2 差分放大器的魔力差分放大器是运放的核心，就像是一位聪明的侦探，专门负责分析两个信号之间的微小差异。
想象一下，你在聚会上听到两个朋友争论，这位侦探就能捕捉到他们说的每一个细节，并且放大这些细节，让你更清楚地听到他们的争论。
而差分放大器的两个输入，一个叫“正相输入”，另一个叫“负相输入”，这两个输入就像是左右耳，左耳听到的声音和右耳听到的声音经过处理后，合成了你脑海里的完整画面。
2. 增益级的重要性接下来，我们来聊聊增益级。
增益级就像是为信号打上“鸡血”，让它变得更有活力。
运放的增益可以是固定的，也可以是可调的，这就好比你在运动时，有的人能轻松跑步，有的人则需要一点音乐来提振精神。
通过调节增益，运放可以适应不同的应用场景，真是个灵活的小家伙。
实际上，增益级的设计也会影响运放的性能，好的设计能确保信号的失真率尽可能低，让你的声音依旧清脆动听。
2.1 输出级的最后一公里最后，咱们得提到输出级。
这个部分就像是运放的“快递员”，负责把信号准确无误地送到目的地。
运算放大器基础知识详解
运算放大器基础知识详解
运算放大器简述
运算放大器（简称“运放”）是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，故得名“运算放大器”。
运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。
随着半导体技术的发展，大部分的运放是以单芯片的形式存在。
运放的种类繁多，广泛应用于电子行业当中。
运算放大器发展史
1941年
1941年：贝尔实验室的Karl D. Swartzel Jr.发明了真空管组成的第一个运算放大器，并取得美国专利2,401,779，命名为“Summing Amplifier”;
1952年
1952年：首次作为商业产品贩售的运算放大器是George A. Philbrick Researches（GAP/R）公司的真空管运算放大器，型号K2-W;
1963年
1963年：第一个以集成电路单一芯片形式制成的运算放大器是Fairchild Senmiconductors 的Bob Widlar所设计的μA702,1965年经改后推出μA709；
1968年
1968年：Fairchild半导体公司推出的μA741。
迄今为止仍然在生产使用，他是有史以来。
运算放大器基础
运算放大器基础2009-9-9 9:33:00 【文章字体：大中小】推荐收藏打印运算放大器(简称“运放”)的作用是调节和放大模拟信号。
常见的应用包括数字示波器和自动测试装置、视频和图像计算机板卡、医疗仪器、电视广播设备、航行器用显示器和航空运输控制系统、汽车传感器、计算机工作站和无线基站。
理想的运放理想的运放如图1所示。
通过电阻元件(或者更普遍地通过阻抗元件)施加的负反馈可以产生两种经典的闭环运放配置中的任何一种：反相放大器(图2)和非反相放大器(图3)。
这些配置中的闭环增益的经典等式显示，放大器的增益基本上只取决于反馈元件。
另外，负反馈还可以提供稳定、无失真的输出电压。
电压反馈(VFB)运放电压反馈运放与前文介绍的理想运放一样，它们的输出电压是两个输入端之间电压差的函数。
为设计用途，电压反馈运放的数据表定义5种不同的增益：开环增益(AVOL)、闭环增益、信号增益、噪声增益和环路增益。
负反馈可以改变AVOL 的大小。
对高精度放大器来说，无反馈运放的AVOL值非常大，约为160dB或更高(电压增益为10,000或更高)。
图1：理想的运放。
A VOL 的范围很大，在数据表中它通常以最小/最大值给出。
AVOL还随着电压电平、负载和温度的变化而变化，但这些影响都很小，通常可以忽略不计。
当运放的反馈环路闭合时，它可以提供小于AVOL的闭环增益。
闭环增益有信号增益和噪声增益两种形式。
信号增益(A)指输入信号通过放大器产生的增益，它是电路设计中头等重要的增益。
下面给出了电压反馈电路中信号增益的两个最常见的表达式，它们被广泛用在于反相和同相运放配置中。
图2：反相放大器(a)和非反相放大器(b)是两种经典的闭环运放配置。
对于反相放大器，A = -Rfb /Rin对于同相放大器，A = 1 + Rfb /Rin其中，Rfb 是反馈电阻，Rin是输入电阻。
噪声增益指运放中的噪声源增益，它反映了放大器的输入失调电压和电压噪声对输出的影响。
集成运算放大器的应用基础
U R1
2.电压放大倍数
由图5-16可见R1和Rf组成分压器，反馈电压
Uf＝Uo
R1 R f R1
由于Ui＝Uf，则
Ui＝Uo
R1 R f R1
或Uo＝
R1 R f R1
Ui＝（1+
Rf R1
）Ui
由上式可得电压放大倍数
Rf Uo Auf＝ ＝1+ R1 Ui
上式表明：同相输入放大电路中输出 电压与输入电压的相位相同，大小成比 例关系，比例系数（1+）。 在图5-16中如果把 Rf 短路（ Rf＝0）， 把 R1 断开（ R1→∞），则 Auf＝1。即输入 信号Ui和输出信号Uo大小相等，相位相同。
由于集成运放的差模输入电阻 Rid→∞,输入 偏置电流IB≈0，不向外部索取电流，因此两输 入端电流为零。即Ii-＝Ii＋＝0，这就是说，集 成运放工作在线性区时，两输入端均无电流， 称为“虚断”。 由于理想运放开环电压放大倍数为无穷大， 最大输出电压UO＝Aud（U＋－U-）为一有限值， 所以两输入端电位近似相同，即U-＝U＋。由此 可见，集成运放工作在线性区时，两输入端电 位相等，称为“虚短”。
三、运算放大器的基本电路
（一）反相输入放大电路 （二）同相输入放大电路
（一）反相输入放大电路
1．“虚地”的概念
2．电压放大倍数 3.输入电阻，输出电阻
图5-15所示为反相输入放大电路， 输入信号经R1加到反相输入端，Rf为反馈 电阻，经Rf把输出信号电压Uo反馈到反相 端，构成深度电压并联负反馈。
3.输入电阻、输出电阻
由于采用了深度电压串联负反馈，该 电路具有很高的输入电阻和很低的输出 电阻。(Rif→∞，Ro→0)。这是同相输入 式放大电路的重要特点。
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运算放大器核心是一个差动放大器。
就是两个三极管背靠背连着。
共同分担一个横流源的电流。
三极管一个是运放的正向输入，一个是反向输入。
正向输入的三极管放大后送到一个功率放大电路放大输出。
这样，如果正向输入端的电压升高，那么输出自然也变大了。
如果反相输入端电压升高，因为反相三级管和正向三级管共同分担了一个恒流源。
反向三级管电流大了，那正向的就要小，所以输出就会降低。
因此叫反向输入。
当然，电路内部还有很多其它的功能部件，但核心就是这样的。
数字电路即为TTL或C-MOS逻辑电路，而谈到模拟电路，首先就应想到运算放大器。
但是，这里讲的运算放大器是怎样一个器件呢?简而言之，运算放大器是具有两个输入端，一个输出端，以极大的放大率将两输入端之间的电压放大之后，传递到输出端的一种放大器。
如果以电路符号来表示运算放大器，则如右图，可表示为三角形。
它的两个输入部分分别叫做非倒相输入(1N＋)和倒相输入(IN－)。
它以极大的放大率将倒相输入端与非倒相输人端之间的电压放大，然后从输出端(OUT)输出。
模拟/zh2002202 发表于2007-04-09, 14:091．“虚断”和“虚短”概念如果为了简化包含有运算放大器的电子电路，总是假设运算放大器是理想的，这样就有“虚短”和“虚断”概念。
“虚短”是指在理想情况下，两个输入端的电位相等，就好像两个输入端短接在一起，但事实上并没有短接，称为“虚短”。
虚短的必要条件是运放引入深度负反馈。
“虚断”是指在理想情况下，流入集成运算放大器输入端电流为零。
这是由于理想运算放大器的输入电阻无限大，就好像运放两个输入端之间开路。
但事实上并没有开路，称为“虚断”。
2．集成运算放大器线性应用电路集成运算放大器实际上是高增益直耦多级放大电路，它实现线性应用的必要条件是引入深度负反馈。
此时，运放本身工作在线性区，两输入端的电压与输出电压成线性关系，各种基本运算电路就是由集成运放加上不同的输入回路和反馈回路构成。
在分析由运放构成的各种基本运算电路时，一定要抓住不同的输入方式（同相或反相）和负反馈这两个基本点。
3．有源滤波电路有源滤波电路仍属于运放的线性应用电路。
滤波功能由RC网络完成，运放构成比例运算电路用以提供增益和提高带负载能力。
与无源滤波电路相比有以下优点：负载不是直接和RC网络相连，而是通过高输入阻抗和低输出阻抗的运放来连接，从而使滤波性能不受负载的影响；电路不仅具有滤波功能，而且能起放大作用。
正确理解：共模抑制熟练掌握：差分放大电路工作原理，输入输出方式，差模增益，差模输入和输出电阻，理想运放、实际运放的主要参数难点重点1．学好差分放大电路，应把重点放在如何正确画出半电路的直流通路、差模等效电路和共模等效电路上，即要正确决定电路中各个电阻（特别是共用电阻）在不同工作状态的值。
2．为了熟练掌握差分放大电路的输入输出方式，应掌握如下规律：（1）从输出端来说，双端输出是充分利用了两管的放大能力，而单端输出只利用了单边的放大能力。
差分放大电路实质上是利用电路的复杂性来换取抑制零点漂移的效果。
（2）从输入端来说，因为单端输入可以等效为双端差模输入和共模输入的叠加，所以单端输入的效果与双端输入几乎一样。
（3）在进行差分放大电路静态工作点的估算时，要特别注意在单端输出的情况下，虽然两管的BQ、EQ、CQ取决于射极回路，因而是两垂直对称的，但两管的集电极电流却是不对称的。
3．差分式放大电路的特点（1）在电路组成上引入共模负反馈，电路具有对称性。
分为长尾电路和带恒流源的电路。
（2）在电路性能上有较强的抑制共模信号（抑制零点飘移）能力和放大差模信号的能力。
注意比较负反馈放大电路和波形产生电路中自激条件的异同。
对每一类波形产生电路，都要从产生振荡的条件出发，分析其电路组成和工作原理。
一、正弦波振荡的条件1.振荡平衡条件：AF=1幅度平衡条件：|AF|=1；相位平衡条件：φA+φF=2nπ（n=0，1，2......）2.起振条件：AF>1幅度起振条件：|AF|>1；相位平衡条件：φA+φF=2nπ（n=0，1，2......）观看动画二、正弦波产生电路其组成包括放大、反馈、选频、稳幅等基本部分。
以保证产生单一频率和幅值稳定的正弦波。
根据选频网络的不同，要求掌握RC桥式正弦波振荡电路的电路结构、工作原理和振荡频率计算；三点式振荡电路的电路结构和振荡频率计算。
三、电压比较器集成运放一般为开环或正反馈应用，处于非线性工作状态，输入与输出间不是线性关系。
其输入量是模拟量，输出量一般是高电平和低电平两种稳定状态的电压。
可用于把各种周期性信号转换成矩形波。
要求掌握各种电压比较器的电路结构、传输特性及阈值电压的计算。
运算放大器(简称“运放”)的作用是调节和放大模拟信号。
常见的应用包括数字示波器和自动测试装置、视频和图像计算机板卡、医疗仪器、电视广播设备、航行器用显示器和航空运输控制系统、汽车传感器、计算机工作站和无线基站。
理想的运放理想的运放如图1所示。
通过电阻元件(或者更普遍地通过阻抗元件)施加的负反馈可以产生两种经典的闭环运放配置中的任何一种：反相放大器(图2)和非反相放大器(图3)。
这些配置中的闭环增益的经典等式显示，放大器的增益基本上只取决于反馈元件。
另外，负反馈还可以提供稳定、无失真的输出电压。
电压反馈(VFB)运放电压反馈运放与前文介绍的理想运放一样，它们的输出电压是两个输入端之间电压差的函数。
为设计用途，电压反馈运放的数据表定义5种不同的增益：开环增益(AVOL)、闭环增益、信号增益、噪声增益和环路增益。
负反馈可以改变AVOL 的大小。
对高精度放大器来说，无反馈运放的AVOL值非常大，约为160dB或更高(电压增益为10,000或更高)。
图1：理想的运放A VOL 的范围很大，在数据表中它通常以最小/最大值给出。
AV OL还随着电压电平、负载和温度的变化而变化，但这些影响都很小，通常可以忽略不计。
当运放的反馈环路闭合时，它可以提供小于AVOL的闭环增益。
闭环增益有信号增益和噪声增益两种形式。
信号增益(A)指输入信号通过放大器产生的增益，它是电路设计中头等重要的增益。
下面给出了电压反馈电路中信号增益的两个最常见的表达式，它们被广泛用在于反相和同相运放配置中。
图2：反相放大器(a)和非反相放大器(b)是两种经典的闭环运放配置对于反相放大器，A = -Rfb /Rin对于同相放大器，A = 1 + Rfb /Rin其中，Rfb 是反馈电阻，Rin是输入电阻。
噪声增益指运放中的噪声源增益，它反映了放大器的输入失调电压和电压噪声对输出的影响。
噪声增益的等式与上述同相放大器的信号增益等式相同。
噪声增益非常重要，因为它被用来确定电路稳定性。
另外，噪声增益还是在波特图中使用的闭环增益，波特图可以向电路设计工程师提供放大器的最大带宽和稳定性信息。
环路增益等于开环增益与闭环增益之差，或者等于输入信号通过放大器并由反馈网络返回至输入端的总增益。
图3：(a)波特图上的开环增益和噪声增益曲线；(b)电流反馈运放的频率响应电压反馈运放的增益带宽积理想运放的增益和带宽都是无限大的。
最常见的真实运放采用电压反馈，这种运放的增益和频率在被称为“增益带宽积(GBW)”的特性中是有关系的。
电压反馈运放中的这种关系允许电路设计工程师通过控制反馈电阻(或者阻抗)，在带宽和增益之间进行折衷。
对数响应曲线(波特图)给出了电压反馈运放的增益随频率的变化关系，并有助于解释GBW。
从直流到由反馈环路的主极点决定的频率之间，增益是恒定不变的。
在该频率之上，增益以6dB/8倍程或20dB/10倍程的速率衰减。
这称为单极或者一阶响应。
6dB/8倍程的衰减速率意味着如果频率升高一倍，增益就会减半。
电压反馈运放的这种特性使电路设计工程师可在带宽和增益之间进行折衷。
在一个波特图中画出运放的开环增益和噪声增益曲线，两者的交叉点决定了最大带宽或放大器的闭环频率(f)(图4)。
这两条曲线的交叉点在波特图增益轴(纵轴)上处于比最大增益小3dB的位置上。
事实上，CL上下各一个倍程上之差将为1dB。
噪声增益渐近地逼近开环增益。
渐近响应和真实响应在fCL图4：(a)运放的输入失调电压；(b)运放的输入偏置电流运放的供电第一款单片运放正常工作所需的电源电压范围为±15V。
如今，由于电路速度的提高和采用低功率电源(如电池)供电，运放的电源正在向低电压方向发展。
尽管运放的电压规格通常被指定为对称的两极电压(如±15 V)，但是这些电压却不一定要求是对称电压或两极电压。
对运放而言，只要输入端被偏置在有源区域内(即在共模电压范围内)，那么±15V的电源就相当于+30V/0V电源，或者+20V/–10V电源。
运放没有接地引脚，除非在单电源供电应用中把负电压轨接地。
运放电路的任何器件都不需要接地。
高速电路的输入电压摆幅小于低速器件。
器件的速度越高，其几何形状就越小，这意味着击穿电压就越低。
由于击穿电压较低，器件就必须工作在较低电源电压下。
如今，运放的击穿电压一般为±7V左右，因此高速运放的电源电压一般为±5V，它们也能工作在+5V的单电源电压下。
对通用运放来说，电源电压可以低至+1.8V。
这类运放由单电源供电，但这不一定意味必须采用低电源电压。
单电源电压和低电压这两个术语是两个相关而独立的概念。
运放的工艺技术运放主要采用双极性工艺技术，但在要求在同一芯片中集成模拟和数字电路的应用中，采用CMOS工艺的运放工作得很好。
JFET有时在输入级采用，以增加输入阻抗，从而降低输入偏置电流。
FET输入运放(无论是N沟道还是P沟通)允许芯片设计工程师设计出输入信号电平可扩展至负电压轨和正电压轨的运放。
由于BJT是电流控制型器件，所以输入级中的双极晶体管总是汲取一些偏置电流(IB )(图7)。
但是，IB会流经运放外部的阻抗，产生失调电压，从而导致系统错误。
制造商通过在输入级采用super-beta晶体管或通过构建一个补偿偏置输入架构，来解决这个问题。
super-beta晶体管具有极窄的基极区，该基极区所产生的电流增益要比标准BJT中的电流增益大得多。
这使得IB非常低，但这是以频率响应性能降低为代价的。
在偏置补偿输入中，小电流源被加在输入晶体管的基极，这样，电流源可提供输入器件所需的偏置电流，从而大幅减小外部电路的净电流。
与BJT相比，CMOS运放的输入阻抗要高得多，从而使该电流源输出的偏置电流和失调也小得多。
另一方面，与BJT相比，CMOS运放具有更高的固有失调电压和更高的噪声电压，特别是在频率较低的情况下。
按应用对运放进行分类芯片制造商利用不同的电路设计和工艺技术来强调针对特定应用的某些运放特性。