集成运算放大器原理和运用
集成运算放大器原理及应用（含习题）
集成运算放大器原理及应用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。
142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：○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。
电子技术基础第2章 集成运算放大器与应用
电子技术及应用
2.2 集成运算放大器
4．共模抑制比
K CMR
Aud Auc
K CMR
20 lg
Aud Auc
（dB）
电子技术及应用
2.2 集成运算放大器
2.2.3 集成运算放大器的主要参数
1．开环差模电压增益Aod
2．单位增益带宽fT 3．开环带宽fH 4．转换速率SR 5．最大输出电压Uo,max
2.3 反相与同相输入集成运算放大器
在集成运算放大器中，输入级采用差分放大电路，所以运算放大器的 差模输入电阻rid很大，在工程计算中我们可以认为rid→∞。。因此可以 认为运算放大器的同相输入端和反相输入端均无电流输入，
即： iIN=iIP=0
（以后iIN和iIP都用iI表示，iI=0），相当于开路。即iP=iN=0。
电子技术及应用
2.3 反相与同相输入集成运算放大器
2.3.1 反馈的基本概念
把放大电路的输出信号（电压或电流）的一部分或全部，通过一定的 电路（网络）送回到它的输入端，削弱原来的输入信号（电压或电流） 并共同控制该放大电路，这种连接方式称为负反馈。
输入信号 +
净输入信号=输入信号-反馈信号
比较
净输入信号 基本放大电路
电子技术及应用
2.3 反相与同相输入集成运算放大器
2.3.2 反相输入放大器
if
Rf
R1 ii
ii' N
ui
ui'
PA
uo
RP
RL
由于输入信号加在反相输入端，输 出电压和输入电压的相位相反，因此 将它称为反相放大器。
电路由基本放大器A和反馈网络Rf组成。RL为负载电阻。uo为输出信号。 电路输入信号ui经电阻R1加在反相输入端上。电阻R1的作用是将输入电
集成运放的原理与应用
集成运放的原理与应用1. 什么是集成运放集成运放（Integrated Operational Amplifier），简称IC运放，是一种常用的电子器件，利用集成电路技术将放大器电路的各个功能模块集成在一个芯片上，通常被用作信号放大、滤波、比较、积分和微分等电路中。
2. 集成运放的工作原理集成运放主要由差动放大器、输出级、电源、反馈回路等组成，其工作原理可以分为以下几个方面：2.1 差动放大器差动放大器是集成运放的核心部分，采用差动放大器可以使运放具有较高的增益和抗干扰能力。
差动放大器由两个输入端（非反相输入端和反相输入端）和一个输出端组成，其输入信号经过前级放大后，通过差动放大器进行放大和处理。
2.2 反馈回路运放的反馈回路主要用于控制放大倍数和稳定运放的工作状态。
常见的反馈回路包括：电压负反馈和电流反馈。
电压负反馈是指将运放输出端的一部分信号反馈到反相端，从而控制运放的增益；电流反馈是指将运放输出端的一部分电流反馈到输入端，从而限制输出端的电流。
2.3 输出级输出级是集成运放的输出部分，用于将差动放大器输出的信号经过放大和处理后输出到负载上。
输出级通常由晶体管电路组成，可以提供较大的输出电流和电压。
2.4 电源集成运放需要外部稳定的双极性供电电源，常见的工作电源电压为正负15V。
电源电压的稳定性对运放的工作性能和输出质量有重要影响。
3. 集成运放的应用集成运放广泛应用于各种电子设备和系统中，以下列举几个常见的应用场景：3.1 信号放大集成运放可以将微弱的输入信号放大到需要的幅度，常用于传感器信号的放大和处理。
3.2 比较器运放可以将输入信号与参考电平进行比较，并输出高或低电平，常用于电压比较、电压门限检测等。
3.3 滤波器利用运放的差动放大和反馈回路，可以组成各种滤波器电路，如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
3.4 积分与微分电路运放结合电容和电阻等元件，可以实现信号的积分和微分运算，常见的应用包括信号的积分与微分、波形发生器等。
集成运算放大器的应用有哪些
集成运算放大器的应用有哪些集成运算放大器（Operational Amplifier，简称OP-AMP) 是现代电子技术中常用的一种集成电路，广泛应用于信号放大、积分、微分、比较、滤波、波形变换、逻辑运算等电路中。
本文将介绍一些集成运算放大器的应用。
一、信号放大集成运算放大器广泛应用于信号放大电路中，其直接或变压器耦合输入方式具有低输入电阻、高输入阻抗、低噪声、高增益和宽带等特性。
在应用中，可通过精心设计放大器电路，控制反馈，实现高增益稳定运行。
二、积分电路积分电路是信号处理电路中的基本电路，它能将信号输入与时间积分，输出的是输入信号积分后的值。
集成运算放大器常用于积分电路的设计，其放大电压信号，然后通过电容对信号进行积分。
例如，在三角形波发生器电路中，可通过电容积分得到正弦波信号，而集成运算放大器的内部电路通常包含差分放大器，可将输入信号转化为电压差，用于驱动电容，完成积分计算。
三、微分电路微分电路是在信号处理中广泛应用的一种电路，它能够将信号对时间的微分操作，其输出电压是输入信号微分后的值。
集成运算放大器也常用于微分电路的设计中，可通过对输入信号进行微分计算得到输出信号。
例如，在测量热电偶温度时，可将温度信号输入到集成运算放大器中，通过差分放大器将信号转化为电压差，然后用电阻对信号进行微分计算，输出即为最终温度值。
四、比较电路比较电路是一种将两个信号进行比较然后输出比较结果的电路，它广泛应用于数字电路、自动控制、计算机硬件等领域。
集成运算放大器常用于比较电路中，它的输出能够根据电压的大小关系取两个输入信号中的一个。
例如，电压比较器是一种常见的电路，它采用集成运算放大器作为比较电路的核心元件，用于比较两个不同电压的大小关系，以便输出相应的状态。
五、滤波器滤波器是一种通过对输入信号进行滤波操作，抑制或增强特定频率信号的电路。
集成运算放大器广泛应用于滤波电路的设计中，其内部电路包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等类型。
电工电子学_集成运算放大器
24
9.3 集成运放在信号运算方面的应用
由于开环电压放大倍数Auo很高，集成运放开环工作时线性区很 窄。因此，为了保证运放处于线性工作区，通常都要引入深度负反馈。 集成运放引入适当的负反馈，可以使输出和输入之间满足某种特定的 函数关系，实现特定的模拟运算。当反馈电路为线性电路时，可以实 现比例、加法、减法、积分、微分等运算。
图9.2.1 反馈放大电路框图
电路中的反馈是指将电路的输出信号（电压或电流）的一部分或全部 通过一定的电路（反馈电路）送回到输入回路，与输入信号一同控制 电路的输出。可用图9.2.1所示的方框图来表示。
16
2. 反馈的分类
（1）正反馈和负反馈 根据反馈极性的不同，可以分为正反馈和负反馈。 （2）直流反馈和交流反馈 根据反馈信号的交直流性质，可以将反馈分为直流反馈和交流反馈。 （3）电压反馈和电流反馈 根据输出端反馈采样信息的不同，可以将反馈分为电压反馈和电流反 馈。 （4）串联反馈和并联反馈 根据反馈信号与输入信号在放大电路输入端联结方式的不同，可以将 反馈分为串联反馈和并联反馈。
9
3. 输入和输出方式
差放电路有双端输入和单端输入两种输入方式。同样也有双端 输出和单端输出两种输出方式。因此，差动放大电路共有四种输入输 出方式。 （1）双端输入双端输出 （2）双端输入单端输出 （3）单端输入双端输出 （4）单端输入单端输出
10
4. 共模抑制比
差动放大电路对差模信号和共模信号都有放大作用，但对差动 放大电路来说，差模信号是有用信号，共模信号则是需要抑制的。因 此要求差放电路的差模放大倍数尽可能大，而共模放大倍数尽可能小。 为了衡量差放电路放大差模信号和抑制共模干扰的能力，引入共模抑 制比作为技术指标，用KCMR表示。其定义为差模电压放大倍数与共 模电压放大倍数之比，即 A （9.1.11） K ud
电工与电子技术第三章 集成运算放大器及其应用
各级工作点相互影响 适于放大直流或变化缓慢的信号 电压放大倍数为各级放大倍数之积 零点漂移
零点漂移---当输入信号为零时，输出端电压 偏离原来的起始电压缓慢地无规则的上下漂动， 这种现象叫零点漂移。
产生原因---温度变化、电源电压的波动、电 路元件参数的变化等等。
第一级产生的零漂对放大电路影响最大。
∴ i 1＝ i f
即 ui/R1=－uo/ Rf
uo、ui 符合比例关系，负号表示输出输入电 压变化方向相反。
电路中引入深度负反馈， 闭环放大倍数Auf 与运放的Au无关，仅与R1、Rf 有关。
当R1＝Rf 时， uo＝－ui ，该电路称为反相器。 R2－－平衡电阻 同相端与地的等效电阻 。其作用是保持输入 级电路的对称性，以保持电路的静态平衡。
共模信号－－极性相同，幅值相同的信号。
u i1= u i2
差模输入（信号）
ui1 ui2 ui 2
IC1 IC2
UCE1 UCE2 u0 UCE1 Δ UCE2 2 UCE1
Ad 2 UCE1 / ui 2 UCE1 / 2ui1 UCE1 / ui1
i3 ui3 R3
i f u0 Rf
ui1 R1 i1
Rf if
ui2 R2 i2 ui3 R3 i3
－ ＋ ＋∞
uo
RP
u0 ui1 ui 2 ui 3 R f R1 R2 R3
uo R f ( ui1 ui2 ui3 ) R1 R2 R3
若 R1 R2 R3 R f
AOUi
uo
I－≈I+ ≈0
二、Rf if
ui R1 i1 R2
电子课件电子技术基础第六版第三章集成运算放大器及其应用
集成运算放大器的组成框图
（1）输入级 通常是具有较大输入电阻和一定放大倍数的差动放大电路 ，利用它可以使集成运算放大器获得尽可能高的共模抑制比 。 （2）中间级 中间级的作用是使集成运算放大器具有较强的放大能力， 通常由多级共射极放大器构成。
一、零点漂移
放大直流信号和缓慢变化的信号必须采用直接耦合方式， 但简单的直接耦合放大器，常会发生输入信号为零输出信号 不为零的现象。产生这种现象的原因很多，如温度的变化、 电源电压的波动、电路元件参数的变化等，都会使静态工作 点发生缓慢变化，该变化量被逐级放大，便会使放大器输出 端出现不规则的输出量，这种现象称为“零点漂移”，简称“零 漂”。
三、集成运算放大器的主要参数
为了表征集成运算放大器的性能，生产厂家制定了很多参 数，作为合理选择和正确使用集成运算放大器的依据。下面 介绍几项主要的参数，见表。
集成运算放大器的主要参数
集成运算放大器的主要参数
§3-3 集成运算放大器的基本电路
学习目标
1. 了解理想集成运算放大器的基本概念。 2. 了解集成运算放大器线性工作区和非线性工作区的 特性及工作特点。 3. 理解集成运算放大器“虚短”“虚断”的概念。 4. 了解集成运算放大器电路直流平衡电阻的配置。
2. 消除自激振荡 集成运算放大器是多级放大器，具有极高的电压放大倍数 ，但它极易产生自激振荡，使运算放大器不能正常工作。为 了防止自激振荡的产生，通常按产品手册要求，在补偿端子 上接指定的补偿电容或 RC 移相网络，以便消除自激振荡现 象。
四、集成运算放大器的保护 电路
1. 防止电源极性接反 为了防止电源极性接反而损坏集 成运算放大器，可利用二极管的单向 导电特性来控制，如图所示，二极管 V1、V2 串入集成电路直流电源电路 中，当电源极性接反时，相应的二极 管便截止，从而保护了集成电路。 防止电源极性接反保护电路
集成运算放大电路全篇
Y0 Y1 Y2 Y3 B
注：式中Aod为差模开环放大倍数。
二、 集成运放中的电流源电 路
4.2.1 基本电流源电路
一、镜像电流源
+VCC
IR
B IC0
T0
R 2IB
A
IB0
IB1
IC1 T1
UBE0= UBE1， β0=β1=β， IC0=IC1=IC= βIB ， IC1为输出电流， IR为基准电流。
基准电流表达式：
IR
用
uP
集成运放组成方框图：
输入级
uN
中间级
输出级 uO
偏置电路
1) 输入级 又称前置级，常为双输入高性能差分放大电路（高Ri 、大Ad、 大KCMR、静态电流小）。输入级的好坏直接影响着集成运放的大多数性能 参数。
2) 中间级 主放大器，使集成运放具有较强的放大能力，多采用共射 （或共源）放大电路。放大管经常采用复合管，以恒流源做集电极负载。
R`3
C`1 R`3
2.1k
2.1k
R`5 240k
C`1
R`4 25k
R`5 240k
－ ＋
R7 100k
－∞ A3
(以下电路同上，仅C1、C2 值不同，电路从略）
图5.6 十五段优质均衡器
(2) 当R4的滑动触头移到最左边时，其电路如图8.7（a）所示。
C1
R3
R3
C2 R5
R4 R5
－∞
R6
B点的电流方程为：
IR
IB2
IC
IC2
1 2
IC2
2
2
2 2
2
I
C
2
IC2
(1
集成运算放大器的应用实验报告
集成运算放大器的应用实验报告引言集成运算放大器（Operational Amplifier，简称Op Amp）是一种常用的电子元器件，广泛应用于各种电路中。
本实验主要目的是通过实践操作，掌握Op Amp的基本原理、特性以及应用。
本文档将详细记录实验过程、结果分析以及心得体会。
实验设备与材料1.集成运算放大器芯片2.电源（直流电源和信号发生器）3.示波器4.电阻、电容等基本元件5.连接线和面包板6.多用途实验电路板实验目标1.了解集成运算放大器的基本原理和特性。
2.熟悉使用Op Amp进行电压放大、非反相放大、反相放大等基本运算。
3.掌握Op Amp的应用范围和适用条件。
4.实验结果的数据测量和分析。
5.总结实验心得，进一步巩固理论知识。
实验原理集成运算放大器的基本原理集成运算放大器是一种具有高增益、输入阻抗大、输出阻抗小的电子放大器。
它通常由差动放大器和输出级组成。
集成运算放大器的输入端有两个，分别为非反相输入端（+）和反相输入端（-）。
输出端的电压和电源电压之间的差值称为放大倍数，通常表示为A。
集成运算放大器的主要特点有以下几个方面：1.无穷大的增益：理论上，集成运放的增益可以达到无穷大。
2.高输入阻抗：集成运放的输入电阻非常大。
3.低输出阻抗：集成运放的输出电阻非常小。
4.大信号频率响应范围宽：集成运放的频带宽度一般为几十到上百MHz。
Op Amp的应用电压放大器电压放大器利用Op Amp的高增益特性，将输入信号进行放大。
输入信号经过放大后，输出信号可以达到较高的幅度。
电压放大器通常采用非反相放大电路，输出信号与输入信号的相位关系相同。
非反相放大器非反相放大器是一种常见的Op Amp应用电路。
它实际上是电压放大器的一种特殊形式。
非反相放大器的特点是输出信号与输入信号具有相同的相位关系，通过选择合适的电阻比例，可以实现不同的电压放大倍数。
反相放大器反相放大器也是一种常用的Op Amp应用电路。
集成运放大器的原理与应用
集成运放大器的原理与应用简介集成运放大器（Integrated Operational Amplifier），简称运放或放大器，是一种典型的模拟电路元件。
它以差分放大器为核心，通过负反馈技术，实现放大、滤波、积分、微分等功能。
其应用广泛，包括在电子设备、通信系统、控制系统等领域。
原理集成运放大器由多个晶体管、电阻、电容等元件组成。
其基本原理可用三个关键要素描述：差分输入、高增益和大共模抑制比。
1.差分输入：集成运放的输入端一般有两个，一个是称为非反向输入（+IN）的端口，另一个是称为反向输入（-IN）的端口。
这两个输入端之间的电压差称为差分电压，决定了输出信号的大小和极性。
2.高增益：集成运放具有高增益特性，即具有很高的放大倍数。
它可以在输入电压信号很小的情况下，将其放大成较大电压信号。
例如，当差分输入端之间的电压差非常微小时，输出信号也能达到较大值。
3.大共模抑制比：共模输入是指同时作用于运放两个输入端的电压信号，会对运放产生影响。
而大共模抑制比使得运放能够有效抵抗共模信号的干扰，保持差分输入信号的准确性。
应用放大器应用集成运放大器以其高增益、低失真的特点，广泛应用于各类放大器电路中。
•电压放大器：通过调整输入电压信号的放大倍数，实现信号增强的功能。
•电流放大器：将输入电流信号放大为较大电流信号，用于驱动大功率负载。
•仪器放大器：用于测量信号处理，提高测量精度和信噪比。
•复合放大器：实现不同放大模式的切换，满足多种应用需求。
滤波器应用集成运放大器在滤波器电路中起到关键作用，用于削弱或强调某种特定频率信号。
•低通滤波器：通过滤波器电路削弱高频信号，只保留低频信号。
•高通滤波器：通过滤波器电路削弱低频信号，只保留高频信号。
•带通滤波器：通过滤波器电路保留特定带宽范围内的信号，削弱其他频率信号。
•带阻滤波器：通过滤波器电路削弱特定频率范围内的信号，保留其他频率信号。
比较器应用集成运放大器作为比较器时，用于比较两个电压信号的大小。
集成运算放大器(压控电流源)运用电路及详细解析
8.2 模拟运算电路
8.2.1 比例运算电路
1、反相输入比例运算电路
根据运放工作在线性区的两条
分析依据可知：i1 if ， u u 0
而
i1
ui u R1
ui R1
if
u uo RF
uo RF
u1 u1 ui1
u2 u2 ui2
u i1
ui2
u1
u2
R1
R1 2R2
(u o1
uo2 )
故：
u o1
u o2
1
2R2 R1
(ui1
ui2 )
第二级是由运放 A3 构成的差动放大电路，其输出电压为：
uo
R4 R3
(uo2
xi
+
xd 基本放大电路A
xo
－ xf
反馈网络F
负反馈放大电路的原理框图
xd xi x f xo Axd x f Fxo
若xi、xf和xd三者同相，则xd> xi ，即反馈信号起了削弱净 输入信号的作用，引入的是负反馈。
反馈放大电路的放大倍数为：
Af
xo xi
xo xd x f
R3
Δ
∞
－ +
+
uo
u o u i2 u i1
由此可见，输出电压与两个输入电压 之 差成正比，实现了减法运算。该电路又称 为 差动输入运算电路或差动放大电路。
例：求图示电路中uo与ui1、ui2的关系。
R
集成运算放大器(压控电流源)运用电路及详细解析
微分器的电路结构与积分器类似，包括集成运算放大器、 电容和反馈电阻。
微分器在信号处理、控制系统和电子测量等领域有广泛 的应用。
06 结论与展望
结论总结
01
集成运算放大器(压控电流源)在电路中具有重要作用，能够实现信号的放大、运 算和处理等功能。
02
通过对不同类型集成运算放大器(压控电流源)的特性、应用和电路设计进行比较 ，可以更好地选择适合特定需求的集成运算放大器(压控电流源)。
差分输入电路
总结词
差分输入电路是一种较为特殊的集成运算放大器应用电路，其输出电压与两个输 入电压的差值呈线性关系。
详细描述
差分输入电路的输出电压与两个输入电压的差值呈线性关系，适用于信号比较、 差分信号放大等应用。这种电路具有高输入阻抗和低输出阻抗的特点，能够有效 地减小外界干扰对信号的影响。
03 压控电流源的应用电路
详细描述
反相输入电路的输出电压与输入电压呈反相关系，即当输入 电压增加时，输出电压减小，反之亦然。这种电路具有高输 入阻抗和低输出阻抗的特点，适用于信号放大、减法运算等 应用。
同相输入电路
总结词
同相输入电路是一种较为简单的集成运算放大器应用电路，其输出电压与输入 电压呈同相关系。
详细描述
同相输入电路的输出电压与输入电压保持一致，适用于信号跟随、缓冲等应用。 这种电路具有低输入阻抗和低输出阻抗的特点，能够提高信号的驱动能力。
积分器可以将输入的电压信号 转换成电流信号，再通过负载 电阻转换成电压信号，实现信 号的积分运算。
案例三：微分器的应用
微分器是集成运算放大器的另一种应用可以将输入的电压信号转换成电流信号，再通过 负载电阻转换成电压信号，实现信号的微分运算。
集成运算放大器的原理与应用讲解
集成运算放大器的原理与应用讲解1. 什么是集成运算放大器（Op Amp）？•集成运算放大器（Op Amp）是一种高增益、直流耦合、差分放大器，常被用于放大、滤波和电压比较等电路应用。
•Op Amp是一种集成电路芯片，通常包含多个晶体管、电阻和电容等被精确布局在一个芯片上。
2. 集成运算放大器的原理•Op Amp的核心是差动放大器，由两个输入端（非反馈端和反馈端）和一个输出端组成。
•在差动放大器中，非反馈端的输入信号被放大器放大，然后通过反馈回到非反馈端，从而形成放大器的反馈机制。
•Op Amp的增益由开环增益和反馈网络的配置决定。
3. 集成运算放大器的主要特性•增益：Op Amp具有非常高的开环增益，通常在105到108之间。
•输入阻抗：Op Amp的输入阻抗非常大，通常在106到1012欧姆之间。
•输出阻抗：Op Amp的输出阻抗非常小，通常在几十欧姆以下。
•带宽：Op Amp的带宽是指在给定增益下能够传输信号的频率范围。
4. 集成运算放大器的应用4.1 可逆放大器•可逆放大器是Op Amp最常见的应用之一，采用负反馈的方式将输出信号的一部分反馈到输入端。
•可逆放大器可以用于放大和滤波等电路，常用的配置包括反向放大器、比例放大器和积分器等。
4.2 比较器•Op Amp可以作为比较器使用，将输入信号与一个参考电压进行比较，输出高电平或低电平。
•比较器广泛应用于电压比较、电压检测和信号切换等电路。
4.3 运算放大器•运算放大器是一种特殊的Op Amp应用，采用负反馈的方式实现各种算术运算。
•常见的运算放大器电路包括加法器、减法器、乘法器和除法器等。
4.4 滤波器•Op Amp可以用于构建各种类型的滤波器，如低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器等。
•滤波器可以用于信号调整、降噪和频谱分析等应用。
5. 集成运算放大器的选择与设计•在选择和设计集成运算放大器时，需要考虑参数如增益、输入阻抗、输出阻抗、带宽和供电电压等。
第6章 集成运算放大器及其应用
6．3 ．
一、比例运算电路
集成运算放大器的线性应用
1．反相比例运算电路 反相比例运算电路如下图所示
根据理想运放在线性区“虚短”和“虚断”的特点，有 输入电压ui 通过电阻R1作用于集成运放的反相输入端，故输出电压uo与ui 反 相；电阻Rf 跨接在集成运放的输出端和反相输入端，引入了电压并联负反馈； 同相输入端通过电阻R’ 接地，R’ 为补偿电阻，以保证集成运放输入级差分放 大电路的对称性，其值为ui =0时反相输入端总等效电阻，即R’=R1∥ Rf 。 集成运放两个输入端的电位均为零，但由于它们并没有接地，故称为“虚 地”。节点N的电流方程为 该电路的闭环电路放大倍数为 由于N点虚地(u－＝0)，整理得出 A＝ uo ／ui ＝ －Rf／ R1 若Rf＝ R1 ，则A=1，即uo ＝－ui ，这时电路为倒相器。 uo 与ui 成比例关系，比例系数为－Rf／ R1负号表示uo 与ui 反相。 1
6．２ 放大电路中的负反馈 ．
一、反馈的基本概念 所谓反馈，就是指连接放大电路输入回路和放大电路输出回路的电路(或元 件)，利用反馈元件将输出信号(电压或电流，全部或部分)引回到放大电路输入 回路中，来影响或改变受控元件的净输入信号(电压或电流)的大小或波形，从 而控制输出信号的大小及波形。将放大电路输出端的电压或电流，通过一定的 方式返回到放大器的输入端，对输入端产生作用或影响，称为反馈。 反馈放大电路的方框图如下图所示。
•
• 放大器的输出信号为 由上式可知，放大器一旦引入深度负反馈，其闭环放大倍数仅与反馈系数 F 有关，而与放大器本身的参数无关。 反馈放大器的放大倍数At(又称为闭环增益)为
其中， 称为反馈深度，是描述反馈强弱的物理量。可见，放大器引 入负反馈后，放大器的放大倍数下降。如果 >>1，则一般认为反馈 已经加得很深，这时的反馈称为深度负反馈，此时上式可简化为
实验八集成运算放大器的基本应用（i）
40 模拟电子技术实验实验八集成运算放大器的基本应用(I)─模拟运算电路一、实验目的1. 研究由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。
2.了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。
二、实验设备与器件三、实验原理集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。
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。
1.理想运放的特性在大多数情况下，运放可被视为理想器件，就是将运放的各项技术指标理想化，理想运放需要满足下列条件：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。
理想运放在线性应用时的两个重要特性：（1）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”。
（2）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。
2.基本运算电路（1）反相比例运算电路实验八 集成运算放大器的基本应用(Ⅰ) 41电路如图8－1所示。
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i 1F O U R R U -=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 2＝R 1 // R F 。
图8－1 反相比例运算电路 图8－2 反相加法运算电路（2）反相加法电路电路如图8－2所示，输出电压与输入电压之间的关系为)(i22F i11F O U R RU R R U +-= R 3＝R 1 / / R 2 / / R F （3）同相比例运算电路(a) 同相比例运算电路 (b) 电压跟随器图8－3 同相比例运算电路图8－3(a)是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为i 1F O )(1U R R U += R 2＝R 1 / / R F42 模拟电子技术实验当R 1→∞时，U O ＝U i ，即得到如图8－3(b)所示的电压跟随器。
第四章 集成运算放大器各种运用
的R1对应于当具用有R1内+R阻s代Rs替的，信为号了源不，使上电面压公增式益中 受Rs的太大影响，R1应该取大一些。但为了 保运证 放输 的入 内电 阻流，远对大于于通偏用置型电运流放，，RR11应 不宜远小超于过 数十千欧，反馈电阻RF越大则电压增益越大， 但要求反馈电流也应远大于偏置电流，所以 RF也不能取得过大，通常不宜超过兆欧。因 此，当Rs达到数千欧时，这个电路难以获得 高增益。另外，反相放大器是并联负反馈电
集成运放的基本组成
右图是运算放大器
的电路符号。它有两个 输入端和一个输出端。 反相输入端标“-”号， 同相输入端标“+”号。 输出电压与反相输入电 压相位相反，与同相输 入电压相位相同。此外 还有两个端分别接正、 负电源，有些集成运放 还有调零端和相位补偿 端。在电路中不画出。
二. 集成运算放大器的使用
由于集成运放具有性能稳定、可靠性高、寿命 长、体积小、重量轻、耗电量少等优点得到了广泛 应用。可完成放大、振荡、调制、解调及模拟信号 的各种运算和脉冲信号的产生等。
本章将介绍集成运放的基本知识、基本电路及 其主要应用。
主要内容
第一节 运算放大器的基本知识 第二节 运算放大器的基本电路 第三节 运算放大器的应用
因Ii=0，故i1≈if，因此 又因u+≈u-，因此
uo与ui之间的比例 关系也与运放本身
的参数无关，电路
精度和稳定度都很 高。KF为正表示uo 与ui同相，并且KF 总是大于或等于1， 这一点与反相放大 器不同。
当RF=0时KF=1，电路就变成电压 跟随器。
同相放大器实际上是一个电压串 联负反馈放大器，因此其输入阻抗高、 输出阻抗低，而且增益不受信号源内 阻的影响。该电路的不足是其共模抑 制比CMRR不太大。
集成运算放大器原理
集成运算放大器原理集成运算放大器，简称运放，是现代电子电路中非常重要的一种器件。
它的重要性不仅在于它本身所能完成的多种电路设计任务，而且更在于它在大量其他器件中的应用。
另外，集成运算放大器的开发为现代电子设备的制造、现代电子技术的研究和发展，提供了非常重要的基础。
集成运算放大器的比较器部分由于运放的结构十分复杂，因此在讲述集成运放原理之前，我们先来看看运放中的比较器部分的原理。
运放的比较器部分主要由一个差分放大器组成。
差分放大器是指由两个相同而反向连接的共模信号放大器组成。
相同是指这两个放大器的电路参数相等，反向连接是指两个放大器（也称之为放大级）的输出信号相反，并且将这两个信号相减后再进行输出。
差分放大器的电路图示如下：我们可以看到，差分放大器的输入端分别是V1和V2，输出端是Vo。
差分放大器主要的功能就是从两个输入信号之间的差异中产生一个输出信号。
在差分放大器中，输入信号被放大并经过输出节点的反相和非反相输入。
根据正片差分放大器的基本公式，可以算出振幅比为：其中k为放大系数，当k = R1/R2时，放大器输出为差异电压（Vin1 - Vin2）。
进一步，如果通过一个电压比较器对差分放大器的输出电压进行监测，它们可以被调整或比较，以及当它们之间存在特定比较关系时产生输出信号。
这就实现了集成运算放大器的比较器部分。
集成运算放大器的反相放大器部分在讲完运放的比较器部分后，我们接下来来看看运放的反相放大器部分的原理。
反相放大器是由一个集成运放反相输入端和根据反馈电阻选定的电路分压器组成的。
反相放大器的电路图如下：在反相放大器的电路中，输入电压通过电路分压器得到一个分压电压，并且在反相输入端的放大电路中被反向放大。
3.集成放大器的基本应用
（5）验证输出信号与输入信号的幅度是否相等。 （6）逐渐提高输入信号 V 的幅度，记录相应输出电 压 V 值。注意观测放大器饱和时的输出电压幅度， 此时增益将偏离1。 （7）将输入电压恢复为1.0V，用实验三的方法测量 跟随器的传递函数（增益和相移随频率的变化）， 并画成Bode图。测量频率范围：10Hz~2MHz， 频率较低时每10倍为一个测量点，当幅度和相位 变化明显时、每逢1-2-5为一个测量点。
管脚④ 负电源端 VEE 管脚⑤ 失调调零端 管脚⑥ 输出端 管脚⑦ 正电源端 管脚⑧ 空脚 VCC 图4-1(b)给出的是开环增益的频率响应图，图 4-1(c)是μA741运算放大器失调电压调零接线图。
(a)
（b）
图4-1
(c)
2、集成运放基本应用电路 集成运放的开环差模电压增益Avd很大，但受温度 影响明显、很不稳定，而且开环运用时运算放大器的 频带很窄，如μA741只有7Hz左右，显然难以满足交 流信号的放大要求。要使集成运放实现信号的稳定放 大，加反馈网络构成深度负反馈电路是必要条件。采 用负反馈构成闭环电路虽然会降低电压增益，但可以 提高电压增益的稳定性，可将频带扩展到 (1 A )倍，这 里 是反馈网络的反馈系数。另外深度负反馈还可以 改善输入电阻、输出电阻等，使它们接近理想。
技术指标 开环差模电压增益 Avd 输入电阻 Ri
理想值
实际值范围
5103 ~5106 106Ω~1015Ω∞源自∞输出电阻共模抑制比
Ro
CMRR
0
∞
5Ω~500Ω
90dB ~140dB
摆率
SR
fT
∞
∞
0.2V/μs~50V/μs
0.1MHz~60MHz
单位增益带宽
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防止输出过电流、输出对地短路、输出与其他高电 压接触，可以用电阻防止过电流，用稳压管来嵌位高电 压。
3、抑制干扰和噪声
抑制干扰： ▽ 布板时调整好运放位置，远离干扰源； ▽ 注意信号线的走向，走双绞线，不要走干扰
Rf
U1
Vo
R1
Vo
C
Vi
C
2、在信号处理方面的应用 (1)有源滤波器-一阶有源高通滤波器
Rf
C
B
Vi
U1
Vo Vi
R1
V i2
R3
2、在信号处理方面的应用
R3
(1)有源滤波器-二阶有源带通滤波器
U1 Vo
Rf
R1
C2
Vi
U1 Vo
C1
R2
V i2
R1
Vi
R3
C
2、在信号处理方面的应用
(1)有源滤波器-二阶有源带阻滤波器
现在— 还用于信号处理、信号变换、信号产生等方面， 在各种电子设备中被广泛应用。在测量、控制电路中有十 分重要的地位。
一、基本原理和主要性能指标
2、运算放大器基本组成和原理-组成
运算放大器
输入级：采用恒流源的差动放大电路，工作在小电 流状态，输入阻抗高。
中间级：一般采用恒流源的共发射极放大电路，放 大倍 数在几千倍以上，是运算放大器的主要增益部分。
输出级：有较大的电压输出幅度，较高的输出 功率、较小的输出电阻，一般设有过载保护。
偏置电路：为各级提供合适的静态工作点， 作为有源负载提高电压增益。
一、基本原理和主要性能指标
2、运算放大器基本原理和组成-原理
一、基本原理和主要性能指标
3. 主要性能指标
（1）输入失调（偏移）电压Vio 一般在1~10Mv,指为了保证输出为零，在输入端加的补偿电
1、运算放大器的选择
☆运算放大器的主要技术要求： 高放大倍数、高输入阻抗、低漂移、低功耗、
高速、高压、精密、大功率、电压比较； ☆实际的运放不可能都具备上面的技术指标， ☆根据这些指标，运放分为不同类型：
高输入阻抗型、低漂移型、低功耗型、高速型、 高压型、大功率型、电压比较型; ☆根据实际应用选折具有相应指标的运放类型。
2、在信号处理方面的应用
（4） 波形产生电路-方波发生电路
3
4
R1
Vo C
U1
D
R4
Vo
R2
R3
C2
C C1 R2
R3 R3
2、在信号处理方面的应用
（5）比例-积分-微分（PID）调节器
C2
C1 R2
R1 Vi
Vref
U1 Vo
四、运算放大器应用时应注意的问题
1、运算放大器的选择 2、运算放大器的保护措施 3、抑制干扰和噪声 4、其他注意事项
2、典型运算放大电路 同相输入比例放大电路1
Rf
R2
U1
D Vi
R1
Vo
R1
Vi
2、典型运算放大电路
跟随电路
2
Rf
Vo
R1
Vi
U1
R
Vo
Vi
2、典型运算放大电路 反2 相输入比例放大电路
R1
Vo
Vi
Rf U1
R2
3
Vi Vo
Rf
2、典型运算放大电路
积分电3 路
4
C
R1
Vi Vo
U1 Vo
R2
环； ▽ 有大的干扰源要屏蔽； ▽ 使用滤波电路-电源滤波和信号滤波。
噪声抑制： 远离开关功率元件，远离发热器件，加 滤波
电路。
4、其他注意事项
（1）使用前要弄清楚原理、参数和封装； （2）不要带电焊接运放IC； （3）注意焊接温度和时间； （4）测试时注意把握住表笔和探头。
五、实例分析
对以前设计的项目应用运放的例子进行分析 1、比较器:
压，温度影响较大。 （2）输入失调（偏移）电流Iio
输入信号为零时，两输入端静态电流之差，温度影响较大。 （3）输入偏置电流IIB
输入信号为零时，两输入端静态电流的平均值，温度有一定影 响。 （4）差模增益（放大倍数）Avd
指运算放大器在开环状态时的差模放大倍数。 （5）转换速率SR
运算放大器在单位增益和额定输出电压下，输出电压的最大变 化率dv/dt。
1、运算放大器的选择
高速型
高速型响应速度SR快，一般用于快速模/数转换 器、数/模转换器、有源滤波器、精密比较器、采 样-保持电路；设备示波器、视频放大器等设备用 该类型。
1、运算放大器的选择 低功耗型
低功耗型运放电源消耗小，常用于供电不便的 检测仪表，如：遥测、遥感设备、便捷式仪器等
1、运算放大器的选择 大功率型
Vo
Rf
C
C
Vi
ห้องสมุดไป่ตู้
R /2
R
R
U1 Vo
2C
Titl e
2、在信号处理方面的应用
（2）采样保持电1路
2
D
缺少控制开关 V i
R
C
U1
Vi
Vo
2、在信号处理方面的应用
（3）电压比较电路
▼用于比较电路的运放叫比较器； ▼性能要求：鉴别准确，反应灵敏，动作迅速，抗干扰能 力 强，有一定的保护措施，防止过压（输入）或过流。
2、在信号处理方面的应用
(1)有源滤波器 ◆ 一阶有源低通滤波器：过滤高频信号 ◆ 一阶有源高通滤波器：过滤低频信号 ◆ 二阶有源带通滤波器：过滤低频高频和信号 ◆ 二阶有源带阻滤波器：过滤中频信号
2、在信号处理方面的应用 (1)有源滤波器滤波-幅频特性图
R2
2、在信号处理方面的应用 (1)有源滤波器-一阶有源低通滤波器
集成运算放大器原理和应用
基本原理和一般应用
课程大纲
一.基本原理和主要性能指标
二.运算放大器分析方法 三、运算放大器的应用 四、运算放大器应用时应注意的问题 五.实例分析
一、基本原理和主要性能指标 1、概念 2、运算放大器基本组成和原理 3、主要性能指标
一、基本原理和主要性能指标
1 概念
因为早期运放主要用于放大和模拟运算（加法、减法、 乘法、除法、积分、微分等），所以取名运算放大器。
所对应的信号频率。注意与GBP区别开来。 （10）差模输入电阻和输出电阻
差模输入电阻是指两输入端之间动态电阻；输出电阻指运算放大 器在环状态下输出端对地电阻。
一、基本原理和主要性能指标
3. 主要性能指标-例子
一、基本原理和主要性能指标
3. 主要性能指标-例子
二.运算放大器分析方法
1、分析运算放大器的基本法则：虚短、虚断、虚地。 2、典型运算放大电路 ▪ 同相输入比例放大电路 ▪ 跟随电路 ▪ 反相输入比例放大电路 ▪ 积分电路 ▪ 微分电路 ▪ 加法电路 ▪ 减法电路
用于电源输入欠压保护，过温保护 2、运放（PID）调节器:
用于电源环路控制。
1、比较器
1、比较器
2、调节器
2、调节器
1、运算放大器的选择
高输入电阻型
高输入电阻型可以减轻信号源的负担，常用于 测量设备的首级与传感器匹配，利于发挥传感器 的灵敏度。也用于信号处理电路，信号保持电路， 信号滤波电路和模拟调节电路。
1、运算放大器的选择
低漂移型
低漂移型的输入、输出值随温度、时间有极微 小的变化，经常用于精密检测，因为精密检测采 集的信号一般很小，常常是微伏数量级，如果漂 移过大，就会带来很大的误差。
大功率型运放主要用于输出功率大的场合，可 以达到几安的输出电流，比如说用于功放、驱动IC 等。
1、运算放大器的选择 电压比较型
电压比较型主要用于电压比较器，要求输出对 输入的响应时间小;一般输入电压不能太大。
2、运算放大器的保护措施
★电源保护： 注意电源的范围和极性，可用二极管预防电源极性
接反和静电。 ★输入保护：
对SR、Vin、Vio等要求严格； ▼常用的是迟滞（滞回）比较器。
2、在信号处理方面的应用
（3）电压比较2 电路-滞回电压比较电路
3
1 Vo
R1 Vi
U1 Vo
R2 R3
C2
2、在信号处理方面的应用
（4） 波形产生电路
● 锯齿波发生电路 ● 三角波发生电路 ● 正弦波发生电路 ● 方波发生电路 ● 压空振荡发生电路
1、在测量方面的应用
利用运算放大器测量电压、电流等: 可以与指针表做成： ●直流电流测量电路 ●支流电压测量电路 ●交流电流测量电路、 ●交流电压测量电路
Vi
C
1、在测量方面的应用
R
直流电流测量电路
C +
U1 K
V
1 00
10
1
R B
2、在信号处理方面的应用
（1）有源滤波器 （2）采样保持电路 （3）电压比较电路 （4）波形产生电路 （5）比例-积分-微分（PID）调节器
Rf
R1
2、典型运算放大电路 微分电路
C Vi
Rf U1
C
R2
R2 V i2
Vo
V i1
2、典型运算放大电路 加法电路
Rf
R2 V i2
R1
Vo
V i1
U1 Vo
R3
V i1 V i2
R2
R2
2、典型运算放大电路
减法电路
Rf
Vo
R1 V i1
U1
R2
Vo
V i2
Vi
R3
三、运算放大器的基本应用 1、在测量方面的应用 2、在信号处理方面的应用