2-集成运放及其基本应用
电工技术 第二章 集成运算放大器及其应用
IC
β
U O = U C1 − U C2 = 0
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二. 差动放大电路工作原理 1. 差模信号
+VCC
ui1=-ui2 =ui/2 若ui1 ↑,ui2 ↓ → ib1 ↑,ib2 ↓ →ie1 ↑,ie2 ↓
+
R Rc c
T1 u i1 + ui1
u ++uo ouo1 -uo1 - E IRe
33 MHz
第一节 直接耦合
直接耦合：将前级的输出端直接接后级的输入端。 直接耦合：将前级的输出端直接接后级的输入端。 可用来放大缓慢变化的信号或直流量变化的信号。 可用来放大缓慢变化的信号或直流量变化的信号。 +UCC R1 R2 + ui – T1 RC1 RC2 + T2 RE2 uo –
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Rb1=Rb2= Rb
几个基本概念
差动放大电路一般有两个输入端： 1. 差动放大电路一般有两个输入端： 双端输入——从两输入端同时加信号。 从两输入端同时加信号。 双端输入 从两输入端同时加信号 单端输入——仅从一个输入端对地加信号。 仅从一个输入端对地加信号。 单端输入 仅从一个输入端对地加信号 2. 差动放大电路可 以有两个输出端。 以有两个输出端。 双端输出——从C1 从 双端输出 输出。 和C2输出。 单端输出——从C1或 从 单端输出 C2 对地输出。 对地输出。
I Re − 0.7V − ( −VEE ) = Re
T1 + ui1 -
+ uo
-
uo2 -
+
T2 + ui2 -
EE 1 I C1 =I C2 = I C ≅ I Re 2 U CE1 = U CE2 = U C − U E = VCC − I C R C − ( − 0.7)
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。
集成运放的应用
自动控制系统中的集成运放应用
模拟计算
集成运放可以用于实现各种模拟计算， 如加减乘除、积分、微分等，以实现控 制系统中的信号处理和运算。
VS
比较器和触发器
集成运放还可以用作比较器和触发器，用 于检测信号的阈值和状态变化，触发相应 的控制动作。
医学仪器中的集成运放应用
生理信号监测
集成运放在医学仪器中广泛应用于生理信号 的监测，如心电图、脑电图、血压等，用于 诊断疾病或研究生理机制。
医学成像
集成运放也可以用于医学成像设备中，如超 声波、核磁共振等，以实现信号的放大和处 理，提高成像质量。
05
集成运放的未来发展与应用 趋势
高性能集成运放的研发
高精度集成运放
随着电子测量技术的发展，对高精度放大器 的需求日益增长。高性能集成运放能够提供 高精度、低噪声、低失真的放大信号，广泛 应用于科学实验、医疗仪器、通信设备等领 域。
02
集成运放的基本应用
放大电路
放大电路
集成运放作为放大器使用时，可 以实现对微弱信号的放大，广泛 应用于信号处理、音频放大、传 感器输出等领域。
放大倍数
通过改变反馈电阻的阻值，可以 调整放大倍数，实现不同需求的 信号放大。
输入输出阻抗
集成运放在放大电路中具有较高 的输入阻抗和较低的输出阻抗， 有利于信号的传输和隔离。
03
集成运放的特殊应用
模拟运算的应用
01
模拟运算放大器在模拟运算中发挥着重要作用现各种运算功能，广泛 应用于信号处理、控制系统等领域。
03
集成运放具有高精度、低噪声、低失真等特点，能 够提高运算精度和稳定性。
有源滤波器的应用
1
有源滤波器是集成运放的重要应用之一，用于实 现各种滤波功能，如低通、高通、带通、带阻等。
集成运放的分类及应用
集成运放的分类及应用集成运放（Operational Amplifier, OP-AMP）是一种基本的电子元件，具有非常广泛的应用。
根据性能特点和应用功能的不同，可以将集成运放分为以下几类。
1. 低噪声运放：低噪声运放在信号处理、放大和传输等领域中应用广泛。
这些运放通常具有非常低的输入等效噪声、电压噪声和电流噪声，能够保持信号的高精确度。
它们常用于音频放大器、传感器信号放大、音频电平计等高要求的应用上。
2. 高速运放：高速运放具有快速的频率响应和瞬态响应，可以实现高速信号处理。
这些运放主要应用于高速数据转换、通信、视频处理、宽带放大器等领域。
高速运放还常用于模拟环路控制系统、高速采样和保持电路等。
3. 低功耗运放：低功耗运放适用于需要长时间使用，对电源的耗电量要求较低的应用。
它们通常具有低功耗和低供电电压，能够降低系统的能耗。
这种运放广泛应用于便携式设备、传感器网络、能量收集系统等。
4. 高精度运放：高精度运放能够实现精确的信号测量和放大，具有高精度的增益、低偏移电压、低温漂移等特点。
这些运放适用于精密测量、自动控制、医疗仪器等需要高精度信号处理的应用。
5. 低电压运放：低电压运放适用于低电压供电系统，能够在低电源电压下正常工作。
这些运放通常具有低电源电压、低功耗和低电流功耗等特点。
它们广泛应用于便携式设备、电池供电系统、太阳能电池等。
6. 特殊功能运放：这类运放具有特殊的性能或功能，用于特定的应用。
例如，差分放大器用于抑制共模噪声，比较器用于信号比较和触发，自耦变压器用于隔离输入和输出信号等。
这些特殊功能运放能够满足特定应用的需求。
集成运放广泛应用于各种电路和系统中，包括：- 信号放大和处理：可以将微弱的传感器信号放大到合适的范围，如温度传感器、压力传感器等。
- 运算放大器：可以实现加法、减法、乘法、积分、微分等运算，用于信号处理、滤波和控制电路等。
- 比较器：用于信号比较和触发，常用于开关控制、触发器电路、模拟开关等。
集成运放的功能与应用
集成运放的功能及应用模拟计算机曾经是重要的计算工具，但是，现在是很少见到了，现在说起计算机就是数字计算机了。
随着数字计算机的发展，模拟方式的缺点也凸现出来，它的发展也就逐渐的停滞了。
虽然数字电路的应用越来越广泛，但是模拟运放放大器的优点还是很突出的。
例如它能够进行瞬时计算，因而在自动控制等领域仍有重要的应用。
其次，自然界的物理现象都是模拟的，所以我们用数字进行处理信号时，首先要利用各种传感器获取表征自然特性的模拟量。
这时运算放大器就具有不可替代的重要作用。
集成电路的分类集成电路的分类有多种方法。
按功能分类：数字集成电路和模拟集成电路。
按集成度分类：民用。
∙在军事，航空，航天等环境条件恶劣，装置密度高，对集成电路的可靠性要求极高，产品价格退后次要地位，这是军用品的特点。
∙民用品侧在保证一定可靠性能指标的前提下，有适当的性能价格比。
∙工业品测试介于二者之间的一种产品。
按器件类型分类：∙用二极管（NPN或PNP）造成的电路叫做双极型集成电路。
∙单级（MOS）型集成电路由PMOSFET或NMOSFET构造。
∙BiMOS型集成电路。
集成运放的分类按工作原理分类：∙电压放大型：视线电压放大，输出回路等效成由电压u i控制的电压源u o=A od u i 。
F007，F324，C14573是这种产品。
∙电流放大型：视线电压放大，输出回路等效成由电压i i控制的电压源i o=A i i i 。
LM3900，F1900是这种产品。
∙跨导型：将输入电压转换成输出电流，输出回路等效成由电压u i控制的电流源i o，i o=A iu u i，A iu为跨导，常记作g m。
LM3080，F3080属于这种产品。
∙互阻型：将输入电流转换成输出电压，输出回路等效成由电压i i控制的电流源u o，u o=A ui i i，A iu的量纲为电阻。
AD8009，AD8011属于这种产品。
按性能指标分类通用型集成放大电路：通用型放大电路时以通用为目的而设计的。
集成运放及其基本应用.pptx
选择题：对电流放大
电路，R0( A),带负载
能力越强。 A 越大 B 越小
第5页/共7页
3、通频带
第6页/共7页
两种信号源：
Rs vs
Rs越小越好
电压源等效电路
is
Rs
电流源等效电路
Rs越大越好
第2页/共7页
2.1.2 （动态）性能指标
任何放大电路均可看成二端口网络。
1. 放大倍数：
Auu
Au
U o Ui
Aii
Ai
Io Ii
第3页/共7页
Aui
U o Ii
Aiu
Io U i
2. 输入电阻和输出电阻
从输入端看进去的 等效电阻
Ri
U i Ii
Ro
U/共7页
将输出等效 成有内阻的电 压源，内阻就 是输出电阻。
输出电阻与带负载能力
所谓带负载能力，是指放大电路输出量 随负载变化的程度。当负载变化时，输出量 变化很小或基本不变表示带负载能力强。
选择题：对电压放大
电路，Ro(B ),带负载
能力越强。 A 越大 B 越小
集成运算放大器及应用
由此可得：
uo
RC
dui dt
输 出电压与 输入电 压对时 间的微分 成正
比。
若 ui 为恒定电压 U，则在 ui 作用于电路 的 瞬间，微 分电路 输出一个 尖脉冲 电压，波
形如图所示。
2021/4/8
26
2．积分运算电路
由于反相输入端虚地，且 i i ， 由图可得：
iR iC
iR
ui R
电路实现了中权减法运算。若取R1=R2=R3=RF时，则 u0=uI2-uI1
2021/4/8
24
例5.2.1 某理想集成运算放大器电路如图所
示。求输出电压u0。
解：由于集成运算放大器A1构成电压跟随器，所以
u01=2 V。集成运算放大器A2构成同相比例运算，由 式（5.2.2）可得
u02
1
2R 2R
， iC
C duC dt
C
duo dt
由此可得：
uo
(t)
1 RC
t
0 u1(t)dt
输 出电压 与输入 电压对 时间的 积分
成正比。
2021/4/8
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例5.2.2 分析如图所示集成运算放大器应用电路中，
输出电压与输入电压的关系。
解：集成运算放大器A1实现了减法运算，由式
（5.2.8）可得
1．开环电压放大倍数Au0 , 104～107
2．最大A输u0 出 2电0 l压g UUUoiopp
dB
在一定电源电压下，集成运算放大器输出电压和输入
电压保持不失真关系的输出电压的峰-峰值。
3．最大差模输入电压Uid max 反向输入端和同相输入端之间所能承受的最大电压值。
4．最大共模输入电压Uic max 集成运算放大器所能承受的最大共模输入电压
集成运放电路应用及调测
集成运放电路应用及调测1. 集成运放电路的应用集成运放电路是一种非常常见而且非常有用的电子元器件。
它主要用于放大和信号过滤，它的主要优势是高增益、低失真和高输入阻抗。
这些优势让它成为许多电子应用领域的首选元件。
1.1 放大器集成运放电路最常用的应用是作为放大器。
它可以将输入信号的电压放大并输出到负载。
这样可以扩大信号的幅度，以便更轻松地对其进行处理。
放大器在音频放大器、视频放大器、传感器和天线放大器中被广泛使用。
1.2 滤波器另一种常见的应用是作为滤波器。
在此应用中，集成运放电路通常作为一个有源滤波器来实现。
有源滤波器比被动滤波器的优点在于它不会影响信号的输入阻抗，同时可以在滤波器的输出端提供高增益。
集成运放电路在低通滤波器、带通滤波器和高通滤波器中都有用。
1.3 比较器集成运放电路还可以作为比较器。
在此应用中，在两个输入信号之间进行比较，并输出高电平或低电平。
这对于数字电路和控制电路非常有用。
1.4 可调放大器集成运放电路还可以实现可调放大器。
这种应用中，运放的放大增益可以通过控制电压来实现，使其非常适合在可调放大器和音量控制电路中使用。
2. 集成运放电路的调试2.1 输电阻抗集成运放电路的输入阻抗是非常高的，所以在调试前必须考虑信号源的传递阻抗。
当信号源的传输阻抗低于运放输入阻抗时，会出现信号失真和干扰。
2.2 输入偏置电压集成运放电路的输入偏置电压可能会影响其性能。
在调试时，必须测量输入偏置电压，并确保其在可接受的范围内。
如果输入偏置电压过高，则可能会影响电路的输出。
2.3 输出电平在调试集成运放电路时，必须注意输出电平。
输出电平应与预期输出相匹配。
如果输出电平不正确，则可能需要调整运放电路的增益。
2.4 反馈电路集成运放电路的反馈电路对其性能的影响非常大。
反馈电路的选择和调节是确保电路正常工作的关键。
在调试集成运放电路时，必须考虑反馈电路，以确定其是否正确运作。
总之，集成运放电路的应用非常广泛，是许多电子应用中必不可少的元器件。
集成运放及其应用
❖ ④通知行核对密押或印鉴无误后，将信用 证通知（交与）受益人。
❖ ⑤受益人审核信用证与合同相符后，按信 用证规定装运货物，并备齐各种货运单据， 开出汇票。
❖ ⑥在信用证有效期和交单期内，交给银行 （通常为当地银行，即议付行）议付。议 付行按信用证条款审核单据无误后，按照 汇票金额扣除利息，把货款垫付给受益人。
❖ 5.1 ❖ 5.2 ❖ 5.3 ❖ 5.4 ❖ 5.5
集成运算放大器的组成及性能参数 电流源电路 差动放大电路 理想运放 集成运放的应用
5.1 集成运算放大器的组成及性能参数 5.1.1 集成运放的组成
集成运算放大器电路符号如图所示，图中“”表
示信号的传输方向，“”表示理想条件，两个输入端 中，N端称为反相输入端，用符号“－”表示，说明如 果输入信号由此端加入，由它产生的输出信号与输入 信号反相，P端称为同相输入端，用“+”表示，说明输 入信号由此加入，由它产生的输出信号与输入信号同 相。
模块5 集成运放及其应用
集成电路是20世纪60年代初期发展起来的一种新 型半导体器件，它是在半导体制造工艺的基础上，将 电阻、电容、二极管、三极管等电路中的元器件制造 在一块半导体基片上，构成一个完整的电路，与分立 元件电路相比，集成电路具有体积小、质量轻、功耗 低、工作可靠、安装方便、价格便宜等特点，因而它 逐渐取代了分立元件电路而被广泛应用于各个领域。
uN N
∞
uid
P
uP
uo
第一节 信用证的基本知识
❖ 一、信用证的基本概念 （一）信用证的含义
信用证是一种银行开立的有条件的承诺付款的书面文 件。即开证行根据进口商（开证申请人）的请求和指 示向出口商（受益人）开立的一定金额的，并在一定 的期限内凭规定的单据承诺付款的书面文件。 1．由银行开出； 2．应客户的申请开出（或开证行因自身的需要而开出）； 3．在符合信用证的条款和条件前提下，凭规定的单据向 受益人付款；
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。
第2章 集成运放及其基本应用
集成运放的电压传输特性
uO=f(uP-uN)
在线性区： uO＝Aod(uP－uN) Aod是开环差模放大倍数。
非线 性区
由于Aod高达几十万倍，所以集成运放工作在线性区时的 最大输入电压(uP－uN)的数值仅为几十～一百多微伏。 (uP－uN)的数值大于一定值时，集成运放的输出不是 ＋UOM , 就是－UOM，即集成运放工作在非线性区。
RL
RE2
RC4
T9
R2
第2级：差动放大器
第3级：单管放大器
Hale Waihona Puke -UEE集成运算放大器符号
国内符号：
反相输入端 u－ 同相输入端 u+
－ ＋ ＋
输出端 uo
同相输入端: 该端输入信号变化的极性与输出端相同
反相输入端: 该端输入信号变化的极性与输出端相反
美国符号：
u－ u+
－
＋
uo
运 算 放 大 器 外 形 图
集成电路运算放大器
集成运算放大器是一种高电压增益，高输入 电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路。
运算放大器方框图
1.输入级 使用高性能的差分放大电路，它必 须对共模信号有很强的抑制力，而且采用双端输 入双端输出的形式。
2.电压放大级 要提供高的电压增益，以保证 运放的运算精度。中间级的电路形式多为差分电 路和带有源负载的高增益放大器。 3.输出级 由PNP和NPN两种极性的三极 管或复合管组成，以获得正负两个极性的输出电 压或电流。具体电路参阅功率放大器。
4.偏置电路 提供稳定的几乎不随温度而变化 的偏置电流，以稳定工作点。 另举例说明集成运放内部结构
集成运放内部结构（举例）
极 性 判 RC1 断 RC2
集成运算放大器应用
01
人工智能和机器学习
随着人工智能和机器学习技术的发展，集成运算放大器有望在这些领域
发挥更大的作用。例如，用于数据采集和处理、信号处理和模式识别等
应用。
02
物联网和智能传感器
随着物联网和智能传感器技术的发展，集成运算放大器在智能传感器和
物联网节点中的应用将更加广泛。例如，用于环境监测、智能家居和工
业自动化等领域。
详细描述
集成运算放大器作为核心器件，在信号运算处理中发挥着关键作用。通过配置适当的反馈网络，集成 运算放大器可以实现加法、减法、积分、微分等运算功能，广泛应用于信号调理、控制系统等领域。
有源滤波器
总结词
集成运算放大器可用于构建有源滤波器，对信号进行频率选 择和噪声抑制。
详细描述
有源滤波器是一种能够实现特定频率范围通过或抑制的电路 ，利用集成运算放大器的高开环增益和低噪声特性，可以构 建多种有源滤波器，如低通、高通、带通、带阻滤波器等， 广泛应用于信号提取、噪声抑制等领域。
总结词
集成运算放大器可以实现电流-电压转换和 电压-电流转换，将不同类型的信号进行相 互转换。
详细描述
集成运算放大器具有高输入阻抗和低输出阻 抗的特点，可以利用其输入和输出特性实现 电流-电压转换和电压-电流转换。在传感器 信号采集、电子测量等领域，这种转换功能 非常有用，可以将不同类型的信号进行相互 转换，便于后续处理或传输。
降低功耗
随着便携式电子设备的需求增加，集成运算放大器的功耗也受到了越来越多的关注。因此，低功耗设计成为了集成运 算放大器的一个重要发展趋势。
集成化和小型化
随着集成电路技术的发展，集成运算放大器也正朝着集成化和小型化的方向发展。这使得它们在便携式 设备、穿戴设备和物联网等领域的应用更加方便。
集成运算放大器及应用—集成运算放大器(电子技术课件)
（a）新国标符号
（b）以往用过的符号
图3.1.2 集成运放的符号
4.集成运放实物 （1）封装形式、引脚排列
金属壳封装
双列直插式 塑料封装
图3.1.3 集成运放封装与引脚图
图3.1.4 LM324引脚图
（2）运算放大器外形图
图3.1.5 集成运放实物图
三、理想集成运放的主要参数 1.理想集成运放
4.共模抑制比 KCMR 反映了集成运放对共模信号的抑制能力。
5.输入失调电压、电流 U IO 0 I IO 0 它是指集成运放输出电压为零时，两个输入端所加补偿电压的大小、两个输
入端的静态电流之差均为零。 6.上限截止频率 f H
反映集成运放的频率特性。
集成运放的线性应用（一）
3.2.1 集成运放的线性应用（一）
差模信号是指 ui1 = – ui2，即两个输入信号大小相同，极性相反。 共模信号是指 ui1 = ui2 ，即两个输入信号大小相同，极性相同。
2.输入电阻 rid
它是指集成运放在开环状态下，输入差模信号时两输入端之间的动态电阻， 反映差模输入时，集成运放向信号源索取电流的大小。
3.输出电阻 ro 0
二、集成运放的组成及符号 1.集成运放的组成框图
uid +
输入级
中间电压 放大级
输出级 uo
偏置电路
图3.1.1 集成运放的组成框图
2.各组成部分的特点
采用差分放大电路。要求输入电阻 高，输入端耐压高，抑制温度漂移 能力强，静态电流小。
采用共发射极放大 电路。要求有足够 的放大能力。
采用互补对称输出电 路。要求输出电压范 围宽，输出电阻小， 非线性失真小。
一、线性区的集成运放
集成运放及其基本运用
随着半导体工艺的进步，集成运放性能不断提高，同时出现 了许多新型集成运放，如CMOS集成运放、BiCMOS集成运 放、开关电容集成运放等，进一步拓展了应用领域。
集成运放的应用领域
信号放大
滤波器
集成运放可用于信号的放大，实现信号的 线性放大和非线性变换。
集成运放可以构成各种滤波器，如低通滤 波器、高通滤波器、带通滤波器等，用于 信号处理和噪声抑制。
解决方法
采用负反馈技术，优化电路元件匹配， 以及在必要时加入补偿电容或电感。
PART 06
集成运放的应用实例
REPORTING
WENKU DESIGN
音频信号处理应用
音频信号放大
集成运放可以用于放大音 频信号，提高声音质量。
音频均衡器
通过调整不同频段的增益 和相位，实现音频信号的 均衡处理。
音频滤波器
集成运放及其基本运 用
https://
REPORTING
• 集成运放概述 • 集成运放的基本原理 • 集成运放的分类与选择 • 集成运放的基本运用 • 集成运放的常见问题与解决方案 • 集成运放的应用实例
目录
PART 01
集成运放概述
REPORTING
WENKU DESIGN
波、方波、三角波等。
通过RC电路或LC电路等振荡 器结构，结合运放的线性区 和饱和区特性，可以产生不 同频率和幅度的波形信号。
信号发生器在测试测量、通信 和自动控制等领域有广泛应用。
PART 05
集成运放的常见问题与解 决方案
REPORTING
ห้องสมุดไป่ตู้
WENKU DESIGN
噪声问题
噪声来源
集成运放的噪声主要来源于内部 元件的热噪声和外部环境的电磁 干扰。
集成运放的实际应用
集成运放的实际应用集成运放（Integrated Operational Amplifier）是一种常见的电子器件，广泛应用于各种电路中。
它的主要功能是放大电压信号，并具有高输入阻抗和低输出阻抗的特点。
集成运放的应用非常广泛，下面将介绍几个与集成运放相关的实际应用。
集成运放在音频放大器中的应用非常常见。
音频放大器是将低功率音频信号放大为较大功率的电子设备，常见的应用场景包括音响系统、汽车音频设备等。
集成运放作为音频放大器的核心部件，能够提供高品质的音频放大效果。
它可以放大音频信号的幅度，同时保持音频信号的准确性和稳定性，使得音乐、语音等声音更加清晰、真实。
集成运放在模拟计算器中的应用也非常重要。
模拟计算器是一种能够进行各种数学运算的电子设备，广泛应用于科学研究、工程设计等领域。
在模拟计算器中，集成运放可以用于实现各种数学运算，如加法、减法、乘法、除法等。
它的高精度和稳定性能保证了计算结果的准确性，提高了计算器的可靠性和实用性。
集成运放还在信号调理中起到了重要的作用。
信号调理是指对输入信号进行处理和优化，以满足特定的要求。
在信号调理中，集成运放可以用于滤波、放大、补偿等操作。
例如，在传感器信号处理中，集成运放可以用于放大微弱的传感器信号，提高信号的可靠性和稳定性。
又如，在音频信号处理中，集成运放可以用于实现音频信号的均衡和控制，使得音频信号更加优质和适合特定的应用场景。
集成运放还在仪器仪表中有着广泛的应用。
仪器仪表是一种测量和控制物理量的设备，广泛应用于科学实验、工程测试等领域。
在仪器仪表中，集成运放可以用于放大和处理测量信号，提高测量的精确度和可靠性。
例如，在电压测量中，集成运放可以用于放大微弱的电压信号，使其达到适合测量的范围。
又如，在温度测量中，集成运放可以用于放大和补偿传感器产生的微弱信号，提高温度测量的精确度和稳定性。
集成运放在实际应用中发挥着重要的作用。
它广泛应用于音频放大器、模拟计算器、信号调理和仪器仪表等领域，为这些设备提供了高品质的信号放大和处理功能。
集成运放及应用实验报告
一、实验目的1. 理解集成运算放大器（运放）的基本原理和特性。
2. 掌握集成运放的基本线性应用电路的设计方法。
3. 通过实验验证运放在实际电路中的应用效果。
4. 了解实验中可能出现的误差及分析方法。
二、实验原理集成运算放大器是一种高增益、低噪声、高输入阻抗、低输出阻抗的直接耦合多级放大电路。
它广泛应用于各种模拟信号处理和产生电路中。
本实验主要研究运放的基本线性应用电路，包括比例、加法、减法、积分、微分等运算电路。
三、实验仪器与器材1. 集成运放（如LM741）2. 模拟信号发生器3. 示波器4. 数字多用表5. 电阻、电容等电子元件6. 面包板四、实验内容1. 反相比例运算电路(1) 设计电路：根据实验要求，搭建一个反相比例运算电路，其中输入电阻R1和反馈电阻Rf的比值决定了放大倍数A。
(2) 实验步骤：a. 连接电路，确保无误。
b. 输入一定频率和幅值的正弦信号，观察输出波形。
c. 改变输入信号幅度，记录输出波形。
d. 计算放大倍数，并与理论值进行比较。
2. 同相比例运算电路(1) 设计电路：搭建一个同相比例运算电路，其中输入电阻R1和反馈电阻Rf 的比值决定了放大倍数A。
(2) 实验步骤：a. 连接电路，确保无误。
b. 输入一定频率和幅值的正弦信号，观察输出波形。
c. 改变输入信号幅度，记录输出波形。
d. 计算放大倍数，并与理论值进行比较。
3. 加法运算电路(1) 设计电路：搭建一个加法运算电路，实现两个输入信号的求和。
(2) 实验步骤：a. 连接电路，确保无误。
b. 输入两个不同频率和幅值的正弦信号，观察输出波形。
c. 改变输入信号幅度，记录输出波形。
d. 验证输出波形为两个输入信号的相加。
4. 减法运算电路(1) 设计电路：搭建一个减法运算电路，实现两个输入信号的相减。
(2) 实验步骤：a. 连接电路，确保无误。
b. 输入两个不同频率和幅值的正弦信号，观察输出波形。
c. 改变输入信号幅度，记录输出波形。
集成运算放大器及其应用
集成运算放⼤器及其应⽤第5章集成运算放⼤器及其应⽤在半导体制造⼯艺的基础上，把整个电路中的元器件制作在⼀块硅基⽚上，构成具有特定功能的电⼦电路，称为集成电路。
集成电路具有体积⼩，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性⾼，性能好等优点，同时成本低，便于⼤规模⽣产，因此其发展速度极为惊⼈。
⽬前集成电路的应⽤⼏乎遍及所有产业的各种产品中。
在军事设备、⼯业设备、通信设备、计算机和家⽤电器等中都采⽤了集成电路。
集成电路按其功能来分，有数字集成电路和模拟集成电路。
模拟集成电路种类繁多，有运算放⼤器、宽频带放⼤器、功率放⼤器、模拟乘法器、模拟锁相环、模/数和数/模转换器、稳压电源和⾳像设备中常⽤的其他模拟集成电路等。
在模拟集成电路中，集成运算放⼤器（简称集成运放）是应⽤极为⼴泛的⼀种，也是其他各类模拟集成电路应⽤的基础，因此这⾥⾸先给予介绍。
5.1 集成电路与运算放⼤器简介5.1.1 集成运算放⼤器概述集成运放是模拟集成电路中应⽤最为⼴泛的⼀种，它实际上是⼀种⾼增益、⾼输⼊电阻和低输出电阻的多级直接耦合放⼤器。
之所以被称为运算放⼤器，是因为该器件最初主要⽤于模拟计算机中实现数值运算的缘故。
实际上，⽬前集成运放的应⽤早已远远超出了模拟运算的范围，但仍沿⽤了运算放⼤器（简称运放）的名称。
集成运放的发展⼗分迅速。
通⽤型产品经历了四代更替，各项技术指标不断改进。
同时，发展了适应特殊需要的各种专⽤型集成运放。
第⼀代集成运放以µA709（我国的FC3）为代表，特点是采⽤了微电流的恒流源、共模负反馈等电路，它的性能指标⽐⼀般的分⽴元件要提⾼。
主要缺点是内部缺乏过电流保护，输出短路容易损坏。
第⼆代集成运放以⼆⼗世纪六⼗年代的µA741型⾼增益运放为代表，它的特点是普遍采⽤了有源负载，因⽽在不增加放⼤级的情况下可获得很⾼的开环增益。
电路中还有过流保护措施。
但是输⼊失调参数和共模抑制⽐指标不理想。
第三代集成运放代以⼆⼗世纪七⼗年代的AD508为代表，其特点使输⼊级采⽤了“超β管”，且⼯作电流很低。
集成运放的基本应用
集成运放的应用范围
信号放大
集成运放可以用于信号 的放大，实现信号的传
输和处理。
滤波器
集成运放可以用于构成 各种滤波器，如低通、 高通、带通、带阻滤波
器等。
电压比较器
模拟电路
集成运放可以用于构成 电压比较器，用于信号 的阈值检测和波形整形。
集成运放还可以用于模 拟电路中，如模拟运算 放大器、模拟乘法器等。
在模拟运算电路中的应用
01
02
03
加法器
集成运放可以构成加法器 电路，将多个输入信号按 比例相加，输出结果。
减法器
集成运放也可以构成减法 器电路，将两个输入信号 按比例相减，输出结果。
积分器
集成运放还可以构成积分 器电路，用于对输入信号 进行积分运算，输出结果。
在有源滤波器中的应用
低通滤波器
集成运放可以用于低通滤 波器，用于滤除高频噪声 或干扰，保留低频信号。
集成运放的功耗问题
总结词
集成运放的功耗问题主要表现在静态功耗和动态功耗上。
详细描述
静态功耗是指集成运放处于静止状态时的功耗，动态功耗则是指在工作状态下，随着输入 信号的变化而产生的功耗。
解决方案
可以采用低功耗的器件和电路设计，同时优化电源电压和时钟频率来降低功耗。此外，还 可以采用动态功耗管理技术，根据实际需求动态调整功耗。
05
集成运放的常见问题与解决 方案
集成运放的噪声问题
01
总结词
集成运放的噪声问题主要来源于内部元件的不完美性和外部环境的干扰。
02 03
详细描述
集成运放的制造过程中，由于工艺限制，内部元件难免存在不完美性， 这导致了噪声的产生。此外，外部环境的电磁干扰也可能对集成运放造 成噪声干扰。
集成运算放大器的基本应用
集成运算放大器的基本应用
集成运算放大器（Operational Amplifier，简称Op Amp）是一
种高增益、直流耦合的放大电路。
它广泛应用于电子电路中，具有非常重要的作用。
常见的集成运算放大器IC芯片有
LM741、LM358、LM324等。
以下是集成运算放大器的基本应用：
1. 比较器：将两个电压进行比较，输出高电平或低电平。
比较器具有电压转换和开关控制的功能，常用于电压检测、信号选择和自动控制等方面。
2. 增益放大器：将输入信号进行放大，输出信号比输入信号大。
这种电路可以放大微小信号，如传感器输出、电源噪声等。
3. 运算放大器：进行数学运算，如加减乘除、积分、微分和求反向比等。
这种电路通常用于信号处理、滤波、振荡和控制等方面。
4. 反馈电路：利用Op Amp的高增益和稳定性，通过反馈电路实现精确控制。
反馈电路包括正反馈和负反馈两种，应用广泛，如DC稳压电源、振荡器、电压跟随器和信号隔离器等。
5. 信号滤波：利用Op Amp的高增益和频率特性，设计高性能的RC滤波器和二阶滤波器。
这种电路可以提取出特定频率的
信号，去除噪声和干扰，应用于音频、通信和仪器等方面。
总之，集成运算放大器广泛应用于各种电子电路中，可以实现信号放大、滤波、比较和控制等多种功能，是电子工程师必不可少的工具。
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uI1 uI2 uI3 ) R1 R2 R3
与反相求和运算电路 的结果差一负号
第二章 集成运放及其基本应用
3. 加减运算
利用求和运算电路的分析结果 设 R1∥ R2∥ Rf＝ R3∥ R4 ∥ R5
uI3 uI4 uI1 uI2 uO Rf ( ) R3 R4 R1 R2
Rf Rf uI1 uO3 uI3 R3 R1
uO uO1 uO2 uO3
Rf Rf Rf uI1 uI2 uI3 R1 R2 R3
第二章 集成运放及其基本应用
2. 同相求和
设 R1∥ R2∥ R3∥ R4＝ R∥ Rf
利用叠加原理求解： 令uI2= uI3=0，求uI1单独 作用时的输出电压
第二章 集成运放及其基本应用
（2）工作在线性区的特点
由于uO为有限值，Aod＝∞，因而净输入电压uP－uN＝0， 即 uP＝uN ——虚短路
因为净输入电压为零，又因为输入电阻为无穷大，所以两 个输入端的输入电流也均为零，即
iP＝iN＝0 ——虚断路
“虚短”和“虚断”是分析工作在线性区的集成运放的 应用电路的两个基本出发点。
uO Aod (uP uN )
开环差模增益 高达几十万倍 非线性区
输出不是高电平+UOM就是低电平-UOM 若±UOM= ±14V，Aod=105，则为保证集成运放工作在线性 区输入信号的范围为多少？
第二章 集成运放及其基本应用
三、理想运放及其动态等效电路
理想运放的参数特点：差模输入电阻rid为∞、输出电阻ro为 0、开环差模增益Aod为∞、共模抑制比KCMR为∞、频带无限 宽、温度对参数无影响。
第二章 集成运放及其基本应用
一、差分放大电路的概念
1. 需求
测温 电桥
+V CC R R
uI1
Rt R
uI uI2
某一标准温度下 uI1＝uI２＝VCC/ 2 uI＝uI1－uI２＝0。
热电阻
环境温度变 化阻值变化
温度变化（即偏离标准温度）时， 产生ΔuI，这是放大的对象。
需要一种放大电路，对uI1和uI２共同的部分不放大，仅对 它们的差值放大。 —— 差分放大电路
1 uO RC
t2 t1
uI dt uO (t1 )
若uI在t1～t 2为常量，则 uO
1 uI (t 2 t1 ) uO (t1 ) RC
第二章 集成运放及其基本应用
利用积分运算的基本关系实现不同的功能
1) 输入为阶跃信号时的输出电压波形？
2) 输入为方波时的输出电压波形？ 3) 输入为正弦波时的输出电压波形？
第二章 集成运放及其基本应用
§2.1 放大的概念与放大电路的 性能指标
一、放大的概念 二、放大电路的性能指标
第二章 集成运放及其基本应用
一、放大的概念
VCC
至少一路直流电源 供电，是能源
输入信号为零时为静态。
放大的对象：变化量
常用正弦波做测试信号 放大的本质：能量的控制，利用有源元件实现 能够控制能量的元件 放大的特征：功率放大 放大的基本要求：不失真——放大的前提
第二章 集成运放及其基本应用
模拟电子技术基础
Fundamentals of Analog Electronic
第二章 集成运放及其基本应用
第二章 集成运放及其基本应用
第二章 集成运放及其基本应用
§2.1 放大的概念与放大电路的性能指标 §2.2 集成运算放大电路 §2.3 理想运放组成的基本运算电路 §2.4 理想运放组成的电压比较器
扩音机的 fL和 fH为多少？
上限频率
下限频率
f bw f H f L
4、最大不失真输出电压Uom：交流有效值。 5、最大输出功率和效率：功率放大电路的主要指标参数。
第二章 集成运放及其基本应用
§2.2 集成运算放大电路
一、差分放大电路的概念
二、集成运放的符号及电压传输特性 三、理想运放及其动态等效电路
第二章 集成运放及其基本应用
2. 同相求和
设 R1∥ R2∥ R3∥ R4＝ R∥ Rf
i1 i2 i3 i4
uI1 uP uI2 uP uI3 uP uP R1 R2 R3 R4
必不可 少吗？
uI1 uI2 uI3 1 1 1 1 ( )uP R1 R2 R3 R1 R2 R3 R4
U o A ui I i
I o A iu U i
电压放大倍数是最常被研究和测试的参数
第二章 集成运放及其基本应用
2. 输入电阻和输出电阻
从输入端看进去的 等效电阻
Ui Ri Ii
输入电压与 输入电流有 效值之比。
U Uo U Ro ( 1) RL Uo Uo RL
uI1 uI2 uI3 uO iF Rf Rf ( ) R1 R2 R3
第二章 集成运放及其基本应用
1. 反相求和
方法二：利用叠加原理
首先求解每个输入信号单独作用时的输出电压，然后将所 有结果相加，即得到所有输入信号同时作用时的输出电压。
同理可得 uO2
uO1
Rf uI2 R2
uI1 uO1
差分放大电路
uI2 uO2
典型的差分放大电路有两个 输入端、两个输出端，它们均 不直接接地，这种电路形式称 为双端输入、双端输出接法。
第二章 集成运放及其基本应用
（1）加差模信号时
uI1
uI
uI/2
差分放大电路
uO1
RL
uI2
uO2
差分放大电路的输入回路和输出回路均具有对称性，故输入 回路和输出回路的中点电位不变，即动态电位为0，即为“地”。
第二章 集成运放及其基本应用
2. 研究的问题
（1）运算关系：运算电路的输出电压是输入电压某种运 算的结果，如加、减、乘、除、乘方、开方、积分、微分、 对数、指数等。 （2）描述方法：运算关系式 uO＝f (uI)
（3）分析方法：“虚短”和“虚断”是基本出发点。
3、学习运算电路的基本要求
（1）识别电路； （2）掌握输出电压和输入电压运算关系式的求解方法。
第二章 集成运放及其基本应用
2. 共模信号和差模信号
共模信号：若差分放大电路的两个输入端所输入的信号 大小相等、极性相同，则称之为共模信号。 差模信号：若差分放大电路的两个输入端所输入的信号 大小相等、极性相反，则称之为差模信号。 对差分放大电路的要求：放大差模信号、抑制共模信号
3. 典型差分放大电路方框图
一、概述
1.理想运放的线性工作区域
uO Aod (uP uN )
有限值 无穷小 无穷大 无源 网络
（1）电路结构 为保证理想运放工作在线 性区，必须引入负反馈。 uO ↑→ uN↑→ uO ↓
反馈：将放大电路的输出量通过一定的方式引回到输入回路 来影响输入量，称为反馈。 正、负反馈：若反馈的结果使输出量的变化增大，则称为正 反馈；若反馈结果使输出量的变化减小，则称为负反馈。
第二章 集成运放及其基本应用
2. 同相输入
uN uP uI
集成运放的 共模输入
uI iN iP 0, iRf iR R
uO iR ( R Rf )
Rf Rf uO (1 ) u N (1 ) u I R R
1) 输入电阻为多少？ Au 2) 电阻R’＝？为什么？ 3) 共模抑制比KCMR≠∞时会影响运算精度吗？为什么？ 4) 若要用同相输入比例运算电路做放大电路，则Au=？
' o ' o
将输出等效 成有内阻的电 压源，内阻就 是输出电阻。
空载时输出 电压有效值
带RL时的输出电 压有效值
第二章 集成运放及其基本应用
3、通频带
衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。 由于电容、电感及半导体元件的电容效应，使放大电路在信 号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。
差分 放大电路
RL
uId
uO
集成运放可等效为高性能的双端输入单端输出差分 放大电路。
第二章 集成运放及其基本应用
二、集成运放的符号及电压传输特性
集成运算放大电路因最初为实现信号的运算而得名。 高性能：输入电阻很大、输出电阻很小、差模放大倍数很大、 共模放大倍数很小、频带很宽、受温度的影响很小……
运算关系的分析方法：节点电流法
第二章 集成运放及其基本应用
同相输入比例运算电路的特例：电压跟随器
uO uN uP uI
1) Ri ? Ro ? 2) uIc ?
第二章 集成运放及其基本应用
三、加减运算电路
1. 反相求和 方法一：节点电流法
u N uP 0 iF iR1 iR 2 iR 3 uI1 uI2 uI3 R1 R2 R3
判断电路能否放大的基本出发点
第二章 集成运放及其基本应用
二、性能指标：研究的是动态性能。
对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。
输入电流 信号源 内阻 信号源 输入电压 输出电压
输出电流
1. 放大倍数：输出量与输入量之比
U A o A uu u U i
I A o A ii i I i
（2）加共模信号时
uIc
差分 放大电路
RL
uO
差分放大电路具有理想 对称性，温度变化所引起 晶体管参数的变化可等效 为共模信号输入。
第二章 集成运放及其基本应用
4. 差分放大电路的放大倍数
差模放大倍数
uOd Ad uId
绝对值 越大越好
绝对值