数字电路 第五章 集成运算放大器
集成运算放大器
接 法
电路原理图
双 端 输 入 双 端 输 出
双 端 输 入 单 端 输 出
单 端 输 入 双 端 输 出
单 端 输 入 单 端 输 出
差分放大倍数
Ad
（RC ∥ R L/2） Rb rbe
Ad
1 2
（RC
∥
R
）
L
Rb rbe
Ad
（RC Rb
∥ R L /2） rbe
Ad
1 2
运放两输入端能承受的最大差模输入电压，超过此电压时, 差分管将出现反向击穿现象。
6.最大共模输入电压Vicmax
在保证运放正常工作条件下，共模输入电压的允许范围。 共模电压超过此值时，输入差分对管出现饱和，放大器失 去共模抑制能力。
7.共模抑制比 KCMR ： KCMR=20lg(Avd / Avc ) (dB)
假定电路完全对称 ，uI=0时，则基极电流IBl=IB2=IB，集电极 电流ICl=IC2=IC。于是在Vl和V2的基极回路中有如下关系： IBRB+uBE+IERE=EE。近似条件下：
集电极静态电流IC为：
IC
IE 2
EE 2RE
基极静态电流IB为：
IB
IC
EE
2RE
每管的集-射电压为： uCE＝VCC－ICRC≈VCC－
（1）运放工作在线性工作区时的特点
Ui＝U＋－U－＝UO AOd
0
理想运放的差模输入电压等于零： 由于uo为有限值，理想运放Aod= ∞，
• 传输特性 ：
则输入电为无穷小ui→0。即
称为理想运放输入端的“虚短”。 如果同相输入端接地时，反相输入端称为 虚地
理想运放的输入电流等于零：由于 rid= ∞，两个输入端均没有电流，即
集成运算放大电路的作用
集成运算放大电路的作用集成运算放大电路是一种广泛应用于各种电子设备中的电路，它的作用是放大输入信号并输出到负载。
本文将详细探讨集成运算放大电路的作用及其在不同领域中的应用。
一、集成运算放大电路的基本原理集成运算放大电路是一种由多个晶体管和电容组成的电路，其基本原理是将输入信号放大并输出到负载。
其中，集成运算放大器的输入端和输出端分别为正极和负极，而其内部的晶体管和电容则起到放大信号的作用。
二、集成运算放大电路的主要作用1. 放大信号集成运算放大电路的主要作用是放大输入信号并输出到负载。
通过将输入信号放大，可以使信号更加清晰、稳定，从而提高系统的工作效率和精度。
2. 滤波在某些应用中，需要对输入信号进行滤波以去除噪音或干扰。
集成运算放大电路可以通过内部的电容和电阻来实现滤波功能，从而提高信号的质量和可靠性。
3. 支持反馈电路集成运算放大电路可以支持反馈电路，通过调整反馈电路的参数，可以实现对输出信号的控制和调节，从而满足不同应用的需求。
4. 实现信号转换在某些应用中，需要将一种类型的信号转换成另一种类型的信号，例如将模拟信号转换为数字信号。
集成运算放大电路可以通过内部的电路实现信号转换，从而满足不同应用的需求。
5. 支持多种应用集成运算放大电路可以应用于多种不同的领域，例如音频放大器、振荡器、滤波器、电源管理等。
其多功能性和灵活性使得它成为广泛应用于各种电子设备中的电路之一。
三、集成运算放大电路的应用1. 音频放大器集成运算放大电路在音频放大器中得到了广泛应用。
通过将输入音频信号放大并输出到扬声器，可以实现音频信号的放大和扩音，从而提高音乐的质量和声音的清晰度。
2. 振荡器集成运算放大电路可以应用于振荡器中，通过控制内部的电容和电阻来实现频率的调节和控制，从而实现不同频率的振荡。
3. 滤波器集成运算放大电路可以应用于滤波器中，通过内部的电容和电阻来实现低通、高通、带通等不同类型的滤波器，从而实现对输入信号的滤波。
集成运算放大电路
iL
uI R1
(2) 悬浮负载电压—电流变换器 悬浮负载电压—电流变换器电路如图27所示。
（a）反相电压—电流变换器
（b）同相电压—电流变换器
图27 悬浮负载的电压—电流变换器
图27（a）是一个反相电压—电流变换器，它是一个电流并联负反馈电 路，它的组成与反相放大器很相似，所不同的是现在的反馈元件（负载） 可能是一个继电器线圈或内阻为RL的电流计。流过悬浮负载的电流为
（a）基本电路
图28 电流—电压变换器
（b）典型电路
图28(a)是一个基本的电流—电压变换器，根据集成运放的“虚断”和 “虚地”概念，有 和 ，故
u 0
，从而有
i 0
i F 是一个经常用在光电转换电路中的典型电路。图中 iI 图28(b) V是光电二 极管，工作于反向偏置状态。
O F F I F 根据集成运放的“虚断”和“虚地”概念可得
u u 0 i i 0 iI iF
uO uI R1 RF RF uO uI R1
2. 同相比例运算电路 同相比例运算电路如图21所示。
图21同相运算电路 由虚短、虚断可得：
u u uI i i 0 i1 i F
RF u O (1 )u I R1
RF RX
4. 测量放大器 测量放大器电路如图33所示
图33 测量放大电路
由图33可知： (1) 热敏电阻 和R组成测量电桥。当电桥平衡时 信号，故输出 ，相当于共模
Rt ，若测量桥臂感受温度变化后，产生与 相应的微小
u S1 u S，这相当于差模信号，能进行有效地放大。 信号变化 uO 0 2
③ 不接基准电压，即 称为过零比较器。
讲义第5章集成运算放大电路
第5章集成运算放大电路（上一章介绍的用三极管、场效应管等组成的放大电路称为分立元件电子电路。
）集成电路：如果在一块微小的半导体基片上，将用晶体管（或场效应管）组成的实现特定功能的电子电路制造出来，这样的电子电路称为集成电路。
（集成电路是一个不可分割的整体，具有其自身的参数及技术指标。
模拟集成电路种类较多，本章主要介绍集成运算放大电路。
）本章要求：（1）了解集成运放的基本组成及主要参数的意义。
（2）理解运算放大器的电压传输特性，理解理想运算放大器并掌握其基本分析方法。
（3）理解用集成运放组成的比例、加减、微分和积分运算电路的工作原理。
（4）理解电压比较器的工作原理和应用。
5.1集成运算放大器简介5.1.1集成运算放大器芯片集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路。
是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。
集成运算放大器简称运放，是一种多端集成电路。
集成运放是一种价格低廉、用途广泛的电子器件。
早期，运放主要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。
1、集成电路的概念（1）集成电路：禾U用半导体的制造工艺，把晶体管、电阻、电容及电路连线等做在一个半导体基片上，形成不可分割的固体块。
集成电路优点：工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。
（2）集成电路分类：模拟、数字集成电路；单极型、双极型集成电路，小、中、大、超大规模集成电路。
①模拟集成电路：以电压或电流为变量，对模拟量进行放大、转换、调制的集成电路。
（可分为线性集成电路和非线性集成电路。
）②线性集成电路：输入信号和输出信号的变化成线性关系的电路，如集成运算放大器。
③非线性集成电路：输入信号和输出信号的变化成非线性关系的电路，如集成稳压器。
（3）线性集成电路的特点①电路一般采用直接耦合的电路结构，而不采用阻容耦合结构。
②输入级采用差动放大电路，目的是克服直接耦合电路的零漂。
集成运算放大器
A/D转换方法
– 计数法 速度慢 – 双积分式A/D转换器 精度高、干扰小 速度慢 – 逐次逼近式A/D转换器 原理同计数式相似，只是从最高位开始，通过试探值来计数。
例1：ADC0804 （8位,100us,转换精度 ±1LSB,内带可控三态门）。
例2：ADC570 (输入电压：0~10V 或 -5V~+5V）
例3. 8位以上A/D转换器和系统连接。 ADC1210：12位，100us，启动端SC，结束转换CC。
例4. ADC0809: 逐次逼近式8通道8位ADC。
同时有模拟电路和数字电路的系统中地 线的连接
模拟电路 ADC DAC 数字电路
模拟电路 AGND
数字电路 DGND
模拟地
公共接地点
if RF
R1 R2
R3 RP
－ ＋
u0
ui 1 ui 2 ui 3 uo R1 R2 R3 Rf 可得： uo R f ( ui 1 ui 2 ui 3 ) R1 R2 R3 若R1=R2=R3=R，则 u R f ( u u u ) o i1 i2 i3 R
集成运算放大器
1．集成运算放大器概述
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，一般由四部分组成：
输入级：一般是差动放大 器，利用其对称特性可以 提高整个电路的共模抑制 比和电路性能，输入级有 反相输入端“-”、同相 输入端“+”两个输入端； 中间级：的主要作用是
3、差动比例运算电路
R1=R2，R’=RF Uo=-RF/R1(Ui1-Ui2)
差动比例运算电路 又称减法运算电路
电工电子学(8)
第五章 集成运放
例：求图示电路中uo与ui1、ui2的关系。
R
ui1 R1
RF
Δ Δ
ui2 R
∞
－
R2
∞
RP1
+
+
uo1
－
uo
Rp2
+
+
解：电路由第一级的反相器和第二级的加法运算电路级联而成。
uo1 -ui2
uo
-( RF R1
ui1
+
RF R2
uo1)
RF R2
ui2
-
RF R1
ui1
第五章 集成运放
根据运放工作在线性区的两条分析
依据可知：
i1 if ， u- u+ ui
而
if RF
i1
0
- uR1
-
ui R1
if
u- - uo RF
ui - uo RF
R1 i1
ui
Rp
Δ
∞
－
uo
+
+
由此可得：
uo
(1+
RF R1
) ui
输出电压与输入电压的相位相同。
第五章 集成运放
同反相输入比例运算电路一样，为 了提高差动电路的对称性，平衡电
分析依据可知：i1 if ， u - u+ 0 而:
if RF
i1
ui
- uR1
ui R1
if
u- - uo RF
- uo RF
ui R1 i1 Rp
Δ
∞
－
uo
+
+
由此可得：u o
集成运算放大电路
功耗
描述放大电路在工作过程 中消耗的能量，包括静态
电流、动态功耗等。
参数与性能指标的测试方法
01
02
03
输入阻抗测试
通过测量输入电压和电流 的比值来计算输入阻抗。
输出阻抗测试
通过测量输出电压和电流 的比值来计算输出阻抗。
开环增益测试
通过测量放大电路在不同 频率下的电压增益来计算 开环增益。
参数与性能指标的测试方法
描述放大电路对电源的需求和 功耗特性，包括电源电压、静 态电流等。
主要性能指标
线性度
描述放大电路输出信号与输 入信号之间的线性关系，包 括失真度、线性范围等。
精度
描述放大电路输出信号的 精度和稳定性，包括失调
电压、失调电流等。
带宽
描述放大电路在不同频率下 的响应速度和带宽范围，包 括通频带、增益带宽积等。
集成运算放大电路
目录
• 集成运算放大电路概述 • 集成运算放大电路的应用 • 集成运算放大电路的参数与性能指标 • 集成运算放大电路的设计与实现 • 集成运算放大电路的发展趋势与展望
集成运算放大电路概
01
述
定义与特点
定义
集成运算放大电路是一种将差分 输入的电压信号转换成单端输出 的电压信号，并实现电压放大的 集成电路。
特点
具有高放大倍数、高输入电阻、 低输出电阻、低失真度、低噪声 等优点，广泛应用于信号放大、 运算、滤波等领域。
工作原理
差分输入
集成运算放大器采用差分输入方式， 将两个输入端之间的电压差作为输入 信号。
放大与输出
反馈机制
集成运算放大器采用负反馈机制，通 过反馈网络将输出信号的一部分反馈 到输入端，以改善电路的性能。
集成电路运算放大器36页
01
02
03
04
信号放大
将传感器输出的微弱信号进行 放大，提高信号的幅度。
信号滤波
对传感器输出的信号进行滤波 处理，消除噪声和干扰。
信号线性化
将传感器输出的非线性信号通 过集成电路运算放大器进行线 性化处理，提高测量精度。
信号比较
将传感器输出的模拟信号与预 设阈值进行比较，输出相应的
开关信号。
在音频信号处理中的应用
集成电路运算放大器
02
的工作原理
输入级
01
02
03
差分输入
运算放大器采用差分输入 方式，将两个输入信号进 行减法运算，提高了抗干 扰能力和共模抑制比。
放大器
输入级通常包含一个三极 管或场效应管组成的放大 器，对差分输入信号进行 放大。
射极跟随器
输入级通常采用射极跟随 器作为输出级，以减小信 号的输出阻抗，提高信号 的驱动能力。
时序控制
在数字电路中，集成电路运算放大 器可以用于产生各种时序控制信号， 如时钟信号、复位信号等。
电压偏置
为数字电路中的逻辑门提供适 当的偏置电压，以调整逻辑门 的阈值电压和性能参数。
电流源和电压源
利用集成电路运算放大器可以 构成各种电流源和电压源，为
数字电路提供稳定的电源。
在传感器信号处理中的应用
THANKS.
确保信号的质量和稳定性。
集成电路运算放大器的历史与发展
历史
集成电路运算放大器的概念最早由美国科学家在20世纪60年 代提出，随着半导体技术和集成电路工艺的发展，集成电路 运算放大器逐渐成为电子工程领域的重要器件。
发展
随着技术的不断进步，集成电路运算放大器的性能不断提高 ，功耗不断降低，集成度不断提高，应用领域不断扩大。目 前，集成电路运算放大器已经广泛应用于信号处理、通信、 音频、医疗、工业控制等领域。
集成运算放大器
量精度的影响
在集成电路的输入与输出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
4 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
01.
集成运算放大器的种类非常多，可适用于不同的场合.运算放大器在电路中发挥重要的 作用，其应用已经延伸到汽车电子、通信、消费等各个领域，并将在支持未来技术方面 扮演重要角色
02.
在运算放大器的实际应用中，设计工程师经常遇到诸如选型、供电 电路设计、偏置电路设计、PCB设计等方面的问题
-TLeabharlann ANKS载的电源为可变电压电源，R1负载的电流也是保持固定不变，达到恒流的效果
2 1.9 热电阻测量电路
电路是典型的热电阻 / 电偶的测量电路，其测量思路为：将 1-10mA 的恒流源加于负载，将会在负载
3
上产生一定的电压，将该电压进行有源滤波处理，处理后在进行信号的调整(信号放大或衰减)，最后 将信号送入 ADC 接口。该电路应用时，要注意在输入端施加保护，可以并 TVS，但要注意节电容对测
1.6 滤波器
集成运算放大器
由集成运放可以组成一阶滤波器和二阶滤波器，其中一阶滤波器有20dB每倍频的幅频特 性，而二阶滤波器有40dB每倍频的幅频 特性。为了阻挡由于虚地引起的直流电平，在运放的输入端 串入了输入电容Cin，为了不影响电路的幅频特性，要求这个电容是 C1的100倍以上，如果滤波器还 具有放大作用，则这个电容应是C1的1000倍以上，同时，滤波器的输出都包含了Vcc/2的直流偏 置，如果电路是最后一级，那么就必须串入输出电容
1.3 数字信号处理
集成运算放大器的发展与应用
集成运算放大器的发展与应用1.引言集成运算放大器（Integrated Operational Amplifier，简称集成运放）是现代电子电路中的重要组成部分。
它的发展与应用经历了多个阶段，从早期的晶体管放大器到现代的高性能集成运放，其应用领域也在不断扩展。
本文将详细介绍集成运放的发展历程、应用领域、优势以及未来趋势。
2.集成运算放大器的发展2.1早期阶段在集成运放发展的早期阶段，人们主要使用晶体管搭建放大电路。
然而，这种方法的电路复杂，调试困难，且性能不稳定。
2.2晶体管放大器阶段随着晶体管技术的进步，人们开始将多个晶体管集成到一起，形成了晶体管放大器。
这种放大器具有更稳定的性能和更小的体积，但在使用上仍然存在一些不便。
2.3集成电路放大器阶段随着集成电路技术的发展，人们开始将多个晶体管和其他元件集成到一块芯片上，形成了集成电路放大器。
这种放大器具有更高的性能和更小的体积，同时降低了成本。
2.4现代集成放大器阶段随着电子技术的不断进步，现代集成放大器在性能、体积、成本等方面都得到了极大的提升。
同时，为了满足不同应用的需求，各种特殊类型的集成运放也应运而生。
3.集成运算放大器的应用领域3.1信号放大集成运放广泛应用于信号放大领域，用于提高信号的幅度和功率。
3.2模拟运算集成运放可以实现模拟运算，如加法、减法、乘法、除法等，广泛应用于模拟电路中。
3.3数字运算通过数字电路与集成运放的结合，可以实现数字信号的处理与运算。
3.4自动控制集成运放在自动控制系统中起到关键作用，用于实现各种控制算法。
3.5音频处理在音频处理领域，集成运放被广泛应用于音频放大和音效处理。
3.6其他领域除了上述应用领域外，集成运放还广泛应用于通信、测量、电力电子、医疗器械等多个领域。
4.集成运算放大器的优势4.1高增益集成运放具有较高的增益，能够实现对微弱信号的放大。
4.2低失真相比于分立元件搭建的放大电路，集成运放的失真更低。
集成运算放大器教案
集成运算放大器教案第一章：集成运算放大器概述1.1 教学目标1. 了解集成运算放大器的定义、特点和应用领域。
2. 掌握集成运算放大器的基本符号和参数。
3. 理解集成运算放大器的工作原理。
1.2 教学内容1. 集成运算放大器的定义和特点2. 集成运算放大器的基本符号和参数3. 集成运算放大器的工作原理1.3 教学方法1. 讲解：讲解集成运算放大器的定义、特点和应用领域。
2. 互动：提问学生关于集成运算放大器的基本符号和参数。
3. 演示：通过示例电路演示集成运算放大器的工作原理。
1.4 教学评估1. 提问：检查学生对集成运算放大器的定义、特点和应用领域的理解。
2. 练习：让学生绘制集成运算放大器的基本符号和参数。
第二章：放大器的基本电路2.1 教学目标1. 了解放大器的基本电路类型。
2. 掌握放大器的基本电路原理。
3. 学会分析放大器的输入输出特性。
2.2 教学内容1. 放大器的基本电路类型：放大器的分类和特点。
2. 放大器的基本电路原理：电压放大器、功率放大器等。
3. 放大器的输入输出特性：输入阻抗、输出阻抗、增益等。
2.3 教学方法1. 讲解：讲解放大器的基本电路类型和特点。
2. 互动：提问学生关于放大器的基本电路原理。
3. 演示：通过示例电路演示放大器的输入输出特性。
2.4 教学评估1. 提问：检查学生对放大器的基本电路类型和特点的理解。
2. 练习：让学生分析放大器的输入输出特性。
第三章：集成运算放大器的应用3.1 教学目标1. 了解集成运算放大器的应用领域。
2. 掌握集成运算放大器的基本应用电路。
3. 学会分析集成运算放大器的应用电路性能。
3.2 教学内容1. 集成运算放大器的应用领域：模拟计算、信号处理等。
2. 集成运算放大器的基本应用电路：放大器、滤波器、积分器、微分器等。
3. 集成运算放大器的应用电路性能：增益、带宽、线性范围等。
3.3 教学方法1. 讲解：讲解集成运算放大器的应用领域和基本应用电路。
集成运算放大器
31
一、 镜像电流源电路
1、基本镜像电流源
设T1、T2的参数完全相同。
UBE1 = UBE2 = UBE，
IB1= IB2、IC1= IC2
基准电流
I REF
VCC
UBE R
IREF IC1 2IB IC（1 1 2 ）
IC2= IC1≈ IREF
1 >>2 /β
1）输出电流IC2与基准电流 IREF相等。把IC2看作是 IREF的镜像——镜像电流源。
2） IC2的大小仅取决于VCC和R，与温度无关。 32
2、精密镜象电流源
精密镜象电流源和普通镜象电流源相比，其
精度提高了 倍。
由于有T3存在，IB3将 比镜象电流源的2IB小β3倍。 因此IC2和IREF更加接近。
ro Rc 10k
uo与ui同相位。
2）求KCMR 10 0.5 2 5.1
KCMR
Aud Auc
50 100 0.5
28
3）改接后，电路由单端输 入变成任意输入。
uid uA uB 8 2 sint mV
uic 12（uA uB）
504 2 sin t mV
Chapter 3 集成运算放大器
集成运放简介 集成运放的单元电路 通用型集成运算放大器 集成运放的主要参数 集成运算放大器的电压传输特性
和理想模型 专用型集成运算放大器
1
3.1 集成运放简介
3.1.1 简介
集成电路是60年代初期发展起来的。 采用半导体制造工艺，在一小块硅单晶片上制作 具有特定功能的电子线路。 集成电路分为：模拟集成电路与数字集成电路。 在模拟集成电路中，运算放大器（早期用于模 拟计算机的数学运算）发展最早，应用最广泛。随 着集成技术与集成工艺的迅速发展，其他类型的模 拟集成电路也取得了非常大的进展，如混频器、调 制器、宽带放大器、高频放大器、功率放大器、电 压比较器、A/D或D/A转换器等
5模拟电子技术基础简明教程(第三版)杨素行_PPT课件_第五章
~+1 2 uId
~+1 2
uId
R
+ uo
VT1
VT2
Re
VEE
无负反馈。
图 5.2.8 长尾式差分放大电路
(2)静态分析
当 uId = 0 时，由于电路结构对称，故： IBQ1 = IBQ2 = IBQ，ICQ1 = ICQ2 = ICQ ，UBEQ1 = UBEQ2
= UBEQ，UCQ1 =UCQ2 = UCQ， 1= 2=
第五章 集成运算放大电路
5.1 集成放大电路的特点 5.2 集成运放的基本组成部分 5.3 集成运放的典型电路 5.4 集成运放的主要技术指标 5.5 理想运算放大器 5.6 各类集成运放的性能特点 5.7 集成运放使用中的几个具体问题
5.1 集成放大电路的特点
集成电路简称 IC (Integrated Circuit)
当 uId = 0，时
+ uId
UCQ1 = UCQ2
UO = 0
Rb1
Rc1 + uo
Rc2 Rb2
R1
~+1 2 uId
~+1 2
uId
R2
VT1
VT2
图 5.2.6 差分放大电路的基本形式
（2）电压放大倍数 VT1 和 VT2 基极输入电压大小相等，极性相反，— —称为差模输入电压(uId)。
由于 UBE1 = UBE2，VT1 与 VT2 参数基本相同，则
IB1 = IB2 = IB；IC1 = IC2 = IC
R IREF
2IB
IC2
VT1
IB1 +
UBE1
IC2 IB2
U+BE2 VT2
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。
电路中的集成运算放大器有哪些常见应用
电路中的集成运算放大器有哪些常见应用集成运算放大器（Operational Amplifier，简称OP-AMP）是一种高增益、差分输入的电子放大器，广泛应用于各种电路中。
其特点是具有高输入阻抗、低输出阻抗、高增益和宽带宽等特性，使其在电子电路中具有广泛的应用场景。
本文将介绍集成运算放大器的常见应用。
一、比较器应用集成运算放大器常用作比较器，将两个输入信号进行比较，并输出高电平或低电平信号。
比较器广泛应用于模拟量与数字量的转换电路、触发器电路和开关电路等。
由于集成运算放大器的开环增益极高，可以将其作为一个高增益的比较器来使用。
二、信号放大器应用集成运算放大器可以作为信号放大器，常常用于放大小信号。
在电子测量仪器、音频设备和放大器电路中，集成运算放大器可以将微弱的输入信号放大到足够的幅度，以便后续电路进行处理。
同时，由于集成运算放大器具有高输入阻抗和低输出阻抗的特点，可以有效地保持信号的稳定性和减小干扰。
三、滤波器应用集成运算放大器被广泛应用于滤波器电路中，用于实现不同类型的滤波功能。
通过合理设计电路参数，可以实现低通滤波、高通滤波、带通滤波和带阻滤波等不同的滤波效果。
这些滤波器常见于音频设备、无线通信电路和精确测量仪器等领域，用于滤除噪声、增强特定频率信号或去除干扰。
四、运算器应用集成运算放大器还可作为数学运算器，用于实现信号的数学运算。
比如，加法器、减法器和乘法器等。
在模拟计算系统、自动控制系统以及信号处理系统中，集成运算放大器可以实现各种数学运算，对输入信号进行处理和合成。
五、积分器和微分器应用集成运算放大器可以通过不同的电路连接方式构成积分器和微分器，用于实现信号的积分和微分运算。
积分器常用于测量仪器、自动控制系统和滤波器中，实现对信号的积分操作，从而得到积分结果。
微分器则在信号处理和自动控制系统中广泛使用，用于实现对信号的微分运算，反映信号变化率。
六、振荡器应用集成运算放大器还可作为振荡器的关键组件，用于产生稳定的振荡信号。
集成运算放大器PPT课件
因虚断，i– = 0 所以 ii1+ ii2 = if
ui1 ii1 R11
– +
+
R2
R2= R11 // R12 // RF
+ uo
ui1 u ui2 u u uo
R11
R12
RF
– 因虚短, u–= u+= 0
若 R11 = R12 = R1
则：uo 若 R1 = RF
RF R1
ui 2
平衡电阻：
R21 // R22 = R1 // RF
uo
(1
RF R1
)( R22 R21 R22
ui1
R21 R21 R22
ui2 )
第23页/共45页
反相加法运算电路的特点：
1. 输入电阻低；
ui2
R12
RF
2. 3.
共模电压低； 当改变某一路输入电阻时，
ui1
R11 – +
+
ui
–
R2
– +
+
+ uo
–
由虚短及虚断性质可得
u+= u-= 0, i1 = if
i1
ui R1
if
CF
duC dt
ui R1
CF
duC dt
CF
duo dt
uo
1 R1CF
uidt
第27页/共45页
若输入信号电压为恒定直流量，即 ui= Ui 时，则
1
uo R1CF
Uidt
Ui R1C F
电压表的量程选为 50 V 是否有意义？
解：(1)
uo
=－
第五章 集成运算放大器的应用
端电压大于同相端电压，输出变为-UZ。此时同相端
的电压变为
U
R1
R1 R2
UZ
FU Z
uC FUZ
由于这时的输出电压uo
t1
要小于电容电压，所以 电容要通过电阻R放电，
-FUZ
如此的反复，输出电压
uo
在间来回变化，形成矩
UZ
形波。
-UZ
t2 t3
t
t
它的半个周期T/2可以通过三要素法进行计算：
当信号从同相端输入时，叫做同相比例运算电 路，从反相端输入时，叫做反相比例运算电路。
Rf if
ui
R1 .iN - ∞
ii R
+.
uo
+
可知Rf和R1构成负反馈网络，运放工作在线 性区。由虚断可知，i+＝i-＝0，所以ii＝if，u+=0， 而由虚短，Ruf -＝ifu+＝0，因此
ui
R1 .iN - ∞
ic
ui R
R
uo
1 C
ic dt
1 RC
ui dt
式中，电阻与电容的乘积称作时间常数，用 τ表示，即τ＝RC。
2．微分电路
由于微分和积分是相对应的运算，所以我们 将积分电路中的电阻和电容对换一个位置，便可 以得到微分电路。
R i1
ui
ic C
.- ∞
+
. uo
+
R
在这个电路中，同样存在
Rf R2
) )
u1
Rf R3
u2
当满足 R f / R3 R2 / R1 时
集成运算放大器的基本运算电路
集成运算放大器的基本运算电路《集成运算放大器的基本运算电路》一、简介集成运算放大器（Integrated Circuit Operational Amplifier，简称ICOpamp）是一种功能最为广泛最为重要的放大器，是用来实现幅度放大、均衡、限幅等功能的放大电路，是一种双端输入、单端输出、高增益（G >1000）、低压抗（≤20V）的电路，它可以高效地驱动大电流，提供高灵敏度，具有较低的噪声水平，是数字仪器仪表、信号发生器、电子脉冲变换器等的重要元件。
二、基本电路集成运算放大器的基本电路可以分为四部分：输入放大部分; 电压增益控制部分; 输出放大部分; 和信号跟踪部分。
1、输入放大部分输入放大部分由输入放大漏极，信号增益控制部分由电压增益控制漏极和电容组成，输出放大部分由输出放大源极和输出电容组成，信号跟踪部分由高速信号动态补偿电路组成。
2、电压增益控制部分电压增益控制部分的功能是控制增益，输出信号的幅值与此部分的输入电压成正比，因此所组成电路越复杂，其增益控制动态范围就越大。
3、输出放大部分输出放大部分的功能是把微弱的输入信号放大到较大的幅度，由输出放大源极和输出电容组成，它是集成运算放大器的主要部分，也是它的性能的关键。
4、信号跟踪部分信号跟踪部分的功能是保持输出电平的稳定，当由于外部因素影响把输入信号的幅度和相位变化时，信号跟踪部分使得输出电平与之保持平衡，以保证输出信号的稳定性和准确性。
三、优缺点1、优点集成运算放大器具有体积小、成本低、灵敏度高、动态范围大、高增益等优点，使它在半导体放大器中占据重要地位。
2、缺点集成运算放大器也有一定的缺点，如输入偏置电流较大，输入偏置电容较大，噪声较大，通带幅值较小等。
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I BQ1
=
I BQ2
=
Rs
VEE −VBE + (1+ β )2Re
ICQ1 = ICQ2 = βIBQ
VCEQ1 = VCEQ2 = (VCC − ICQ RC ) − ( 2REE I EQ −VEE )
2、 动态分析
（1） 差模分析
+VCC
① 做交流通路
Rs
++
T1
v Id1
v Id
− −
v = −v =v2Odv1Od=1
2Idv1Id 1
−=vvOOdd21
vIIdd12
=
Avd 1
=
−
β
( RC
//
RL 2
)
R s + rb e
③
输入电阻
Rid
=
vId1 − vId 2 ii
=
2Ri1
=
2( Rs
+ rbe
)
④ 输出电阻
T1
Rs
I
+
RC V
Rs
T2
RC
−
Rod
Rod ≈ 2RC
静态分析Ⅰ
I C1
=
I C2
≈
IE
=
1 2
I0
VCE1 = VCE2
= VCC − I C RC − VE
= VCC − I C RC − (−0.7)
I B1
=
I B2
=
IC β
&#+
T1
vI1
−
r0
T2
+
vI2
I0
−
−VEE
静态分析Ⅱ
I0
≈
VZ
− VBE 3 Re
I CQ1
AVD
=
− βRC 2rbe
= − 100 × 6 2 × 2.8
= 107.1
AVC
=
rbe
− βRC + (1 + β
)2ro
= − 100× 6 = −0.006 2.8 + 101×1000
+ VCC
IC1 RC
RC IC 2
v+− o
T1
+
T2 +
vi1
−
A
vi 2
−
IEE
ro 500KΩ
v Id 2 Rs
R −+ i
T2
++
RC
RL 2
v Od 1
−
vOd
−
RC
RL 2
vOd 2
+−
RC RC
RL RL RC RC
+ vOd −
Rs+
v +
−v Id1 Id 1 −
T1
T1
T2
R T2 s
v+ + Id 2
v Id 2 −
REE
−
−VEE
② 差模电压增益
Avd
=
vOd v Id
=
vOd1 − vOd2 vId1 − vId 2
K = CMRR
AVD1 AVC1
≈ β ⋅ ro rbe
KCMRR 越大，抑制零漂能力 越强
+ VCC
IC1 RC
RC IC 2
v+− o
T1
+
T2 +
vi1
−
A
vi 2
−
IEE
ro 500KΩ
− VEE
解：
（1） I C1 = I C2 = I E1 = I E2 = 1/ 2I EE = 1mA
I B1
= IB2
=
IC β
= 10µA
VCE1Q = VCE 2Q = VCC − IC R + VBE = 12 − 6 + 0.7 = 6.7V
+ VCC
IC1 RC
RC IC 2
v+− o
T1
+
T2 +
vi1
−
A
vi 2
−
IEE
ro 500KΩ
− VEE
(2) rbe = 200 + 101× 26 = 2.8KΩ
−
r0
I0
−VEE
（2）共模电压增益
<A> 双端输出
+VCC
共模信号的输入使两管
集电极电压有相同的变化。
所以 voc = voc1 − voc2 ≈ 0
共模增益
AVC
=
voc v ic
≈0
<B> 单端输出
RC
RC
+ +voc −
vO
−
+
T1
T2
+
vviicc1
−
2ro r0
I20ro
vviicc2
Roc ≈ RC
2(RS + rbe )
REE 越大，单端输出时的KCMRR 越大，
通常K CMRR也用分贝表示
（3） 单端输入
双端输入的任意信号都可写成：
vI1
=
vI1
+ vI2 2
+
vI1
− vI2 2
vI2
=
vI1
+ vI2 2
−
vI1
− vI2 2
vI1 vI 2
= =
vI1
2 vI1
2
+ −
vI1
2 vI1
2
单端输入可以看成双端输入的特例：（vi1=0或vi2=0）
所以，双端输入的所有公式对于单端输入都是符合。
例：
+ VCC
RC
IC1
IC 2 RC
RL
+
v + -
T1
o T2
+
vi1
vi 2
−
IO
−
R EE
− V EE
解：（1）
IE
=
− VBE −（− VEE）= 0.5mA 2REE
= vOd1 2v Id 1
= − 1 ⋅ β (RC // RL ) 2 Rs + rbe
T 2管子输出：Avd
= vOd vId
= vOd 2 vId1 − vId 2
= vOd 2 − 2vId 2
= 1 ⋅ β ( RC // RL ) 2 Rs + rbe
③ 输入电阻 ④ 输出电阻
T1
Rs
集成运算放大器 集成功率放大器 集成稳定电源 集成乘法器 集成锁相环 集成数模转化器
与分立元件电路相比，模拟集成电路有 以下几方面的特点：
在同一硅片上，容易制成两个参数相同的元件；
电阻不能太大（几十欧到20千欧）； 因为电阻值的精度不易控制， 在集成电路中高阻值的电阻多用恒流源电路来代替
电容不能太大(在几十皮法以下)；
R Rs i
T1
RC
2REE
2REERC
T2
+
vOc1
− −
RL vOc
v Oc 2
+
③ 共模输入电阻：
两个共发放大器输入电阻并联
Ric
=
1 2
[
Rs
+
rbe
+
2(
β
+ 1 )REE
]
④ 共模输出电阻：
Roc ≈ 2RC
单端输出时：
+
Rs
v Ic
+
T1
v RC RL Oc
2REE
−
Avc
=
vOc1 vIc
Rs
T2
Rid = 2(Rs + rbe )
I +
RC
V
−
Rod
RC
Rod ≈ RC
（2） 共模分析
+VCC
① 做交流通路 RC
RL
RC
RC
Rs
v Ic
T1 RC
2REE
v + Oc −
Rs
+
+
T1
T2
Rs
+
Rs
v
−
Ic双1 端输2R入EE 双端输2出REEv的Ic−2差分−v+ 放Ic1
T1
− −
级间一般采用直接耦合方式
用三极管代替二极管；（将三极管的b、c端短路）
5.1 集成运算放大器的构成
反相输入端
偏置电路
同相输入端
输出端
5.1.1 差分式放大电路
+
v−I 1
vO
+
v−I 2
vI1
=
vI1
+ vI2 2
+
vI1
− vI2 2
vI2
=
vI1
+ vI2 2
−
vI1
− vI2 2
v Ic1
RC
RC
+ vO −
+
T1
Ro
T2
+
vid1
vid 2
−
−
（1）差模电压增益
<A> 双入、双出
AVD
=
vo vid
=
vo1 − vo2 vi1 − vi2
= 2vo1 = − βRc
2vi1
rbe
接入负载时