运算放大器的外特性工作特性曲线0UdUoEE
运算放大器外部特性和含有运算放大器电路的分析基础知识讲解
Go GL ) ui
uo
un2
G1 Gf
Gf ( AGO
Gf ( AGO Gf ) Gf ) (G1 Gi Gf ) (Gf
Go GL ) ui
uo
G1 Gf
ui
Rf R1
ui
由理想运放构成的反相比例器：
i2 Rf
i1 R1 i- _
+ ui_
u-
+
u+ +
+ RL uo
_
“虚短”： u+ = u- =0， i1= uS/R1 i2= -uo /Rf
应用：在电路中起隔离前后两级电路的作用。
例
R1
+
+
u_1
R2
RL
u2
_
u2
R2 R1 R2
u1
R1
+
ui _
R2
_
+ +
+ RL _u2
u2
R2 R1 R2
u1
可见，加入跟随器后，隔离了前后两级电路的相互影响。
5. 积分器
iC C
iR R
i- _
+
u-
+
u_i
+
+ u_o
u-=0 i-=0
1. 反相比例器
Rf
R1 _ A
+ u_i
1
+
+
2
+
RL
uo _
Rf R1 1
+ ui_
Ri
+_u1ARu+1o_
2
+ RL uo
运算放大器基本原理及应用
运算放大器基本原理及应用一． 原理(一） 运算放大器1.原理运算放大器是目前应用最广泛的一种器件;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..运算放大器一般由4个部分组成;偏置电路;输入级;中间级;输出级..图1运算放大器的特性曲线 图2运算放大器输入输出端图示图1是运算放大器的特性曲线;一般用到的只是曲线中的线性部分..如图2所示..U -对应的端子为“-”;当输入U -单独加于该端子时;输出电压与输入电压U -反相;故称它为反相输入端..U +对应的端子为“＋”;当输入U +单独由该端加入时;输出电压与U +同相;故称它为同相输入端..输出：U 0= AU +-U - ； A 称为运算放大器的开环增益开环电压放大倍数.. 在实际运用经常将运放理想化;这是由于一般说来;运放的输入电阻很大;开环增益也很大;输出电阻很小;可以将之视为理想化的;这样就能得到: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化参数..2.理想运放在线性应用时的两个重要特性输出电压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”..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.. 3. 运算放大器的应用 1比例电路所谓的比例电路就是将输入信号按比例放大的电路;比例电路又分为反向比例电路、同相比例电路、差动比例电路.. a 反向比例电路反向比例电路如图3所示;输入信号加入反相输入端:图3反向比例电路电路图对于理想运放;该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：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 ’＝R 1 // R F ..输出电压U 0与输入电压U i 称比例关系;方向相反;改变比例系数;即改变两个电阻的阻值就可以改变输出电压的值..反向比例电路对于输入信号的负载能力有一定的要求.. b 同向比例电路同向比例电路如图4所示;跟反向比例电路本质上差不多;除了同向接地的一段是反向输入端:图4 同相比例电路电路图它的输出电压与输入电压之间的关系为：； R’＝R 1 // R F只要改变比例系数就能改变输出电压;且U i 与U 0的方向相同;同向比例电路对集成运放的共模抑制比要求高.. c 差动比例电路差动比例电路如图5所示;输入信号分别加在反相输入端和同相输入端:图5 差动比例电路电路图其输入和输出的关系为：i1f O U R R U -=i1fO )U R R (1U +=可以看出它实际完成的是：对输入两信号的差运算.. 2和/差电路 a 反相求和电路其电路图如图6所示输入端的个数可根据需要进行调整:图6 反相求和电路图其中电阻R'满足：它的输出电压与输入电压的关系为：它的特点与反相比例电路相同;可以十分方便的通过改变某一电路的输入电阻;来改变电路的比例关系;而不影响其它支路的比例关系.. b 同相求和电路其电路如图7所示输入端的个数可根据需要进行调整:图7 同向求和电路图它的输出电压与输入电压的关系为：它的调节不如反相求和电路;而且它的共模输入信号大;因此它的应用不很广泛.. c 和差电路其电路图如图8所示;此电路的功能是对U i1、U i2进行反相求和;对U i3、U i4进行同相求和;然后进行的叠加即得和差结果..图8 和差电路图它的输入输出电压的关系是：由于该电路用一只集成运放;它的电阻计算和电路调整均不方便;因此我们常用二级集成运放组成和差电路..它的电路图如图9所示:图9 二级集成和差电路图它的输入输出电压的关系是：⎪⎪⎭⎫⎝⎛--+=22114433f 0R U R U R U R U R U i i i i它的后级对前级没有影响采用理想的集成运放;它的计算十分方便.. 3 积分电路和微分电路 a 积分电路其电路图如图10所示：它是利用电容的充放电来实现积分运算;可实现积分运算及产生三角波形等..图10 积分电路图它的输入、输出电压的关系为：其中: 表示电容两端的初始电压值.如果电路输入的电压波形是方形;则产生三角波形输出.. b 微分电路微分是积分的逆运算;它的输出电压与输入电压呈微分关系..电路如图11所示:图11 微分电路图R u -=0它的输入、输出电压的关系为： 4 对数和指数运算电路 a 对数运算电路对数运算电路就是是输出电压与输入电压呈对数函数..我们把反相比例电路中Rf 用二极管或三级管代替级组成了对数运算电路..电路图如图12所示：图12 对数运算电路它的输入、输出电压的关系为也可以用三级管代替二极管: b 指数运算电路指数运算电路是对数运算的逆运算;将指数运算电路的二极管三级管与电阻R 对换即可..电路图如13所示:图13 指数运算电路它的输入、输出电压的关系为： 利用对数和指数运算以及比例;和差运算电路;可组成乘法或除法运算电路和其它非线性运算电路..二无源滤波电路0101=+-=⎰t c t t i u dt u RC u r iu u S I u Re 0-=滤波电路的作用：允许规定范围内的信号通过；而使规定范围之外的信号不能通过..滤波电路的分类：低通滤波器：允许低频率的信号通过;将高频信号衰减； 高通滤波器：允许高频信号通过;将低频信号衰减；带通滤波器：允许一定频带范围内的信号通过;将此频带外的信号衰减； 带阻滤波器：阻止某一频带范围内的信号通过;允许此频带以外的信号衰减；仅由无源元件电阻、电容、电感组成的滤波电路;为无源滤波电路..它有很大的缺陷如：电路小;能力差等..为此我们要学习有源滤波电路.. 三有源滤波电路有源滤波器是指利用放大器、电阻和电容组成的滤波电路;可用在信息处理、数据传输、抑制干扰等方面..但因受运算放大器频带限制;这种滤波器主要用于低频范围..1一阶有源低通滤波器其电路如图14-a 所示;它是由一级RC 低通电路的输出再接上一个同相输入比例放大器构成; 幅频特性如图14-b 所示; 通带以外以dB 20-/十倍频衰减:图14-a 一阶有源低通滤波电路 图14-b 一阶有源低通幅频特性该电路的传递函数为: 式中RC 10=ω称为截止角频率;传递函数的模为2)(1)(o vo v A j A ωωω+=幅角为00arctg ωωϕ-=)(.. 2二阶有源滤波电路为了使输出电压以更快的速率下降;以改善滤波效果;再加一节RC 低通滤波环节;称为二阶有源滤波电路..它比一阶低通滤波器的滤波效果更好..二阶有源滤波器的典型结构如图15所示：图15 二阶有源滤波器典型结构 图中;Y 1～Y 5为导纳;考虑到U P ＝U N ;可列出相应的节点方程式为： 在节点A 有： 在节点B 有： 联立以上二等式得：考虑到： 则：AS 即是二阶压控电压源滤波器传递函数的一般表达式..只要适当选择Y i i ＝1～5;就可以构成低通、高通、带通等有源滤波器..)(ba aO N P R R R U U U +=≈。
运算放大器工作原理、分类及特点介绍
运算放大器工作原理、分类及特点介绍1．模拟运放的分类及特点模拟运算放大器从诞生至今，已有40多年的历史了。
最早的工艺是采用硅NPN工艺，后来改进为硅NPN-PNP工艺（后面称为标准硅工艺）。
在结型场效应管技术成熟后，又进一步的加入了结型场效应管工艺。
当MOS管技术成熟后，特别是CMOS技术成熟后，模拟运算放大器有了质的飞跃，一方面解决了低功耗的问题，另一方面通过混合模拟与数字电路技术，解决了直流小信号直接处理的难题。
经过多年的发展，模拟运算放大器技术已经很成熟，性能曰臻完善，品种极多。
这使得初学者选用时不知如何是好。
为了便于初学者选用，本文对集成模拟运算放大器采用工艺分类法和功能/性能分类分类法等两种分类方法，便于读者理解，可能与通常的分类方法有所不同。
1．1．根据制造工艺分类根据制造工艺，目前在使用中的集成模拟运算放大器可以分为标准硅工艺运算放大器、在标准硅工艺中加入了结型场效应管工艺的运算放大器、在标准硅工艺中加入了MOS工艺的运算放大器。
按照工艺分类，是为了便于初学者了解加工工艺对集成模拟运算放大器性能的影响，快速掌握运放的特点。
标准硅工艺的集成模拟运算放大器的特点是开环输入阻抗低，输入噪声低、增益稍低、成本低，精度不太高，功耗较高。
这是由于标准硅工艺的集成模拟运算放大器内部全部采用NPN-PNP管，它们是电流型器件，输入阻抗低，输入噪声低、增益低、功耗高的特点，即使输入级采用多种技术改进，在兼顾起啊挺能的前提下仍然无法摆脱输入阻抗低的问题，典型开环输入阻抗在1M欧姆数量级。
为了顾及频率特性，中间增益级不能过多，使得总增益偏小，一般在80~110dB之间。
标准硅工艺可以结合激光修正技术，使集成模拟运算放大器的精度大大提高，温度漂移指标目前可以达到0.15ppm。
通过变更标准硅工艺，可以设计出通用运放和高速运放。
典型代表是LM324。
在标准硅工艺中加入了结型场效应管工艺的运算放大器主要是将标准硅工艺的集成模拟运算放大器的输入级改进为结型场效应管，大大提高运放的开环输入阻抗，顺带提高通用运放的转换速度，其它与标准硅工艺的集成模拟运算放大器类似。
运算放大器介绍-文档资料54页
vI
R1
vN -
vP
A +
vO
AV= -（Rf / R1）= -20/10= -2
R2
Vo= AV Vi=(-2)(-1)=2V
2.3 基本线性运放电路
2.同相比例运算电路
Rf
虚断 v P = v I
0vN = vN vO
R1
Rf
R1
vN
-
vI
vP
A +
vO
虚短
vN = vP
vO
=
(1
Rf R1
T型网络反相比例运算电路
0
i1
i1 =i2
i1
=
uI R1
=uM R2
uM =R R12 uI
i3
=uM R3
= R2 R1R3
uI
又 i4=i2 i3=i1 i3 uO=i2R2i4R4 =i1R2(i1i3)R4
uO=u RI1R2(u RI1R R 1R 23uI)R4 uo=R2R 1R4uI R R2 1R R3 4uI
第二章 运算放大器
概述
实际运放的电压传输特性(了解)：
设：电源电压±VCC=±10V。 运放的AVO=104
│Ui│≤1mV时，运放处于线性区。
AVO越大，线性区越小， 当AVO→∞时，线性区→0
第二章 运算放大器
概述
1.理想运算放大器：
开环电压放大倍数 AV0=∞
差摸输入电阻
Rid=∞
输出电阻
R0=0
vO=(R 1R 1R f)R (2R 3R 3)vi2R R 1 f vi1
Rf vo
2.3 基本线性运放电路
Rf
运算放大器
运算放大器1.运算放大器定义 (2)2.运算放大器工作状态 (2)3.运算放大器参数 (3)4.运算放大器分类 (10)5.运算放大器应用 (11)1.运算放大器定义运算放大器是一个内含多级放大电路的电子集成电路，其输入级是差分放大电路，具有高输入电阻和抑制零点漂移能力；中间级主要进行电压放大，具有高电压放大倍数，一般由共射极放大电路构成；输出级与负载相连，具有带载能力强、低输出电阻特点。
运算放大器有4大分类：吸收电压并在输出端产生电压的电压放大器。
接收电流输入并产生电流输出的电流放大器。
将电压输入转换为电流输出的跨导放大器。
将电流输入转换为电压输出的跨阻放大器。
运算放大器的电路符号：2.运算放大器工作状态集成运放有两种工作状态：线性状态和非线性状态。
当给集成运算放大器加上负反馈电路时，工作在线性状态，如果给集成运算放大器加正反馈电路或当其在开环工作时，工作在非线性状态。
工作在线性状态的集成运放具有“虚短”与“虚断”的特点。
“虚短”：两个输入端的电压相等。
V p=V n开环电压放大倍数越大，两输入端的电位就越接近相等。
“虚断”：流入和流出输入端电流都为0，i p=i n=0集成运放具有输入高阻抗的特性，一般同向输入端和反向输入端之间的输入电阻都在1MΩ以上，所以输入端流入运放的电流很小，接近开路。
3.运算放大器参数1）输入阻抗和输入电容输入阻抗在正负输入端子之间测得，理想情况下，输入阻抗无穷大，使源负载尽可能小。
2）输出阻抗理想情况下，运算放大器的输出阻抗为零。
但实际上输出阻抗通常具有较小的值，这决定了它的电流驱动和电压缓冲能力。
输出端的内部等效小信号阻抗。
主要对容性负载的影响，负载电容越大，其过冲越大。
3）频率响应和带宽理想的运算放大器具有无穷大的带宽（BW），并且无论信号频率如何变化，都能保持高增益。
但实际上所有运算放大器都具有有限的带宽，通常称为“ -3dB”带宽，超过该带宽，放大器的增益以-20dB / decade 的速率随频率增加而下降。
§2-8 运算放大器及其外部特性
V
6 Output
Offset null Inverting input Noninverting input
1 2 3 4
8 7 6 5
NC
V
Output Offset null
§2-8 运算放大器及其外部特性
北京邮电大学电子工程学院 2008.3
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内容提要
运算放大器及其外部特性 理想运算放大器
X
1.运算放大器及其外部特性
运算放大器（operational amplifier）：简称运 放(op-amp)，是电子电路中非常有用的一种电子器 件，是由晶体管、电阻、电容通过一定的连接构成 的、具有特定功能的集成电路。
M 电阻。 输出电阻 Ro : 从运放的输出端和接地端看的等效电阻。
X
1.运算放大器及其外部特性
直流或低频情况下运放的电路模型
u
Ro
+
Ri
u
-
A(u u ) u o
-
+
返回
X
2.理想运算放大器
理想运放的三个条件：
（1）输入电阻为无穷大。 （2）输入电阻为零。 （3）开环放大倍数为无穷大。源自5 Offset null
V¯
V¯
金属外壳封装
DIP封装
X
1.运算放大器及其外部特性
符号
u
u
a b ud + + A + o
uo
输入输出特性
U sat
uo
U ds
0
集成运算放大器的外特性及参数
集成运算放大器的外特性及参数1. 理想集成运算放大器所谓理想运放就是将各项技术指标理想化的集成运放，即认为： 开环差模电压放大倍数 Od A ＝∞； 差模输入电阻 id R ＝∞； 输出电阻 O R ＝０； 共模抑制比 CMR K ＝∞； 输入偏置电流 id I ＝０； 上限频率 H f ＝∞ 。
2. 集成运算放大器的电压传输特性我们称集成运放输出电压O U 与其输入电压id U 之间的关系曲线为电压传输特性，集成运放的电压传输特性如图2-15（a ）所示。
(a) (b)图2-15 集成运放的电压传输特性(a) 集成运放的电压传输特性 (b) 理想集成运放的电压传输特性在id U 很小的范围内为线性区，id od O U A U =，输出电压的最大值为OM U ±，当odOM A ||U U ＞||id 时，输出信号O U 不再跟随id U 线性变化，进入饱和工作区（非线性区）。
由于集成运放的开环差模电压放大倍数Od A 非常高，一般为10４～10７，即80～140dB ，所以它的线性区非常窄,图2-15（b ）为理性运算放大器的电压传输特性。
如果输出电压最大值V U O M 13±=±。
Od A ＝５×10５，那么只有当输入信号｜id U ｜＜26μV 时，电路才会工作在线性区。
否则输出级就将工作在正向饱和或负向饱和状态，输出电压O U 不是OM U +就是OM U -。
其饱和值OM U ±接近正、负电源电压值。
3. 集成运算放大器的参数集成运算放大器的性能可以用各种参数来表示，了解这些参数有助于正确选择和使用各种不同类型的集成运放。
常用的典型集成运算放大器的参数详见表2－1。
表2－1典型集成运算放大器的参数表。
运算放大器的主要特性参数
输入失调电流定义： Ii0 IB IB
运算放大器的主要特性参数 1.1 静态特性参数-2、输入失调电流Ii0 输入失调电流Ii0如何影响输出？ 失调电流会对输出电压产生怎么样的影响？为什么已经调好 补偿的电路中加入500kΩ的电阻后失调电流的作用就变得很 明显，电路输出又不等于零？
加入500kΩ的电阻后输出又明显 偏离零点，运放进入非线性区。
运算放大器的主要特性参数
1.1 静态特性参数-4、输入失调电压温漂dUi0/dT及输入失 调电流dIi0/dT
第四个影响运放静态输出电压的特性指标是失调电压温漂和 失调电流温漂。 单位温度变化引起的失调电压、失调电流变化即称为失调电 压温漂和失调电流温漂。前面讨论失调电压、失调电流补偿 时都曾提到过在温度基本不变或温度变化所引起的失调电压、 失调电流变化不大的情况下对运放进行补偿才有意义。 如果温度变化引起的失调电压、失调电流的变化较大，原来 在某个温度下已经实现了补偿，已使运放工作于线性区域， 温度变化引起的失调电压、失调电流的变化可能又使运放进 入非线性区，原来的补偿就无效了。 不同的运放，输入失调电压温漂dUi0/dT、输入失调电流温漂 dIi0/dT可以有较大的差异。
Ui Ui VBE1 VBE2 制造工艺的不对称是主要原因！
运算放大器的主要特性参数
1.1 静态特性参数-1、输入失调电压Ui0 失调电压的补偿
运算放大器的外特性工作特性曲线0UdUoE E
位移传感器 速度传感器 力传感器 图1-8 按被测物理量分类的各种传感器
②按工作原理（转换原理）分类：如电阻式传感器、电感 式传感器、电容式传感器、磁电式传感器、压电传感器…， 能够从基本原理上归纳传感器的共性和特性。
压电传感器 霍尔传感器
超声波传感器 图1-9 按工作原理分类的各种传感器
（1）灵敏度（在静态情况下） dy 输出量的变化 灵敏度： k y 输入量的变化 dx
1、位移传感器
位移是指物体的某个表面或某点相对于参考 表面或参考点位置的变化。位移有线位移和角位 移两种。线位移是指物体沿着某一条直线移动的 距离；角位移是指物体绕着某一定点旋转的角度。 根据测量的位移不同，位移传感器可以分成直线 型和回转型两大类。
长光栅位移传感器
磁尺
圆光栅位移传感器
光电编码器
项目一 认识传感器及其信号调理电路
一 二
认识传感器
传感器的信号调理电路
任务二 传感器的信号调理电路（电流-电压变换）
某液位传感器通过变送器的输出信号为0～20mA电流信号， 将此信号转换成0～10V电压信号才能让执行机构动作，控制实 际的液位。故需要设计一个将0～20mA电流信号转换成0～10V 电压信号的转换器。
一、信号放大电路 一、信号放大电路
• 信号放大电路常采用运算放大器简称运放，是一种包含许 多晶体管的集成电路，常用于信号调理； • 具有高放大倍数，高输入电阻，低输出电阻 • 能完成加、减、乘、除、微积分等多种运算而被称为运算 放大器。当然应用范围远不止运算。
运算放大器
1、运算放大器
• 运算放大器有两个输入端： – 同相输入端（Uo相位总与U+相同） – 反相输入端（Uo相位总与U-相反） • 一个输出端；
运算放大器
反向比例运算 根据虚断 I-= I+ ≈0 根据虚短 V+≈ V- ≈0 Ii = (Vi－ V-)/R1 ≈Vi/R1 If = (V-－ Vo )/Rf ≈-Vo/Rf ∵Ii ≈ If ∴ Vi/R1=-Vo/Rf 电压增益 Avf= Vo /Vi =－Rf /R1 提问：输入电阻是多少？
实际运放低频工作时特性接近理想化，因此可利用 利用“ 实际运放低频工作时特性接近理想化，因此可利用“虚 虚断”运算法则分析运放应用电路。此时， 短、虚断”运算法则分析运放应用电路。此时，电路输出 只与外部反馈网络参数有关，而不涉及运放内部电路。 只与外部反馈网络参数有关，而不涉及运放内部电路。
退出
i→0
非线性应用电路
vI
+
组成特点：运放开环工作。 组成特点：运放开环工作。 VREF 开环工作
A
vo
由于开环工作时运放增益很大，因此较小的输入电压， 由于开环工作时运放增益很大，因此较小的输入电压， 即可使运放输出进入非线区工作。例如电压比较器。 即可使运放输出进入非线区工作。例如电压比较器。 比较两输入信号大小，并以输出高、低电平来指示。 比较两输入信号大小，并以输出高、低电平来指示。 输入模拟量，输出数字量。实现模拟量与数字量间的转换。 输入模拟量，输出数字量。实现模拟量与数字量间的转换。 只要开环A 很大， 间的微小差值， 只要开环 vd很大，则v+、v-间的微小差值，即可使运放输 出工作在饱和状态。 出工作在饱和状态。 v+ > v- 时， vo=Vomax（正饱和值） 正饱和值） 因此 v+ < v- 时， vo=Vomin （负饱和值） 负饱和值） v+ = v- 时，逻辑状态转换
第11章运算放大器-PPT精选
凡是将放大电路(或某个系统)输出信号的一部 分或全部经某种电路(反馈网络)引回到输入端，称 为反馈。
如果反馈信号使净输入信号增加，称为正反馈。 如果反馈信号使净输入信号减小，称为负反馈。
无负反馈放大 电路方框图
A X i
X o
11.2.1 反馈的基本概念 比较环节 基本放大电路
(2) 输入信号和反馈信号分别加在两个输入端，是 串联反馈；加在同一输入端的是并联反馈；
(3) 反馈信号使净输入信号减小的，是负反馈。
[例1] 判别图示电路从 A2 输出端引入 A1 输入端的反馈类型。
+ ui
+ u– d
–
A1 + +
uo1
–
R
– uf +
– A2 +
uo
+
RL
[解] 反馈电路从 A2 的输出端引出，故为电压反馈； 反馈电压 uf 和 ui 输入电压分别加在的同相和反相两个输 入端，故为串联反馈；
表示运算放大器输出电压与输入电压之间关系的
曲线称为传输特性。
uo
UO(sat)
正饱和区
–Uim O
线性区
Uim uu
–UO(sat) 负饱和区
u– u+
– ++
uo
uoA uo(uu)
若 Auo = 106 ± UO(sat) = ±15 V 则 ±UIM = ±0.015 mV
运放要工作在线性
11.1 运算放大器简单介绍
11.1.1 集成运放的组成
输入端 输入级
中间级
输出级 输出端
偏置 电路
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。
《运算放大器》课件
带宽与增益
根据电路的带宽和增益需求，选择适当带宽 和增益的运算放大器。
输入与输出阻抗
考虑电路的输入和输出阻抗，选择合适的运 算放大器以匹配阻抗。
电源电压与功耗
根据电源电压和功耗要求，选择合适的运算 放大器以降低能耗。
运算放大器的使用注意事项
电源电压的稳定性
确保电源电压的稳定，避免因电源波 动引起的电路性能不稳定。
闭环增益
总结词
闭环增益是指运算放大器在有反馈回路的情况下对输入信号的放大倍数。
详细描述
闭环增益是运算放大器实际应用中最重要的性能指标之一，它决定了放大器的 输出信号与输入信号之间的关系。通过调整反馈回路，可以改变闭环增益，从 而实现特定的输出信号。
带宽增益乘积
总结词
带宽增益乘积是衡量运算放大器频率响应的一个重要参数，它表示增益和带宽之间的乘积关系。
《运算放大器》PPT 课件
目录
CONTENTS
• 运算放大器概述 • 运算放大器的工作原理 • 运算放大器的应用 • 运算放大器的选择与使用 • 运算放大器的性能指标 • 运算放大器的设计实例
01 运算放大器概述
运算放大器的定义
01
运算放大器（简称运放）是一种 具有高放大倍数的电路单元，其 输出信号与输入信号之间存在一 定的数学关系。
根据需求选择合适的放大倍数，调整输入和输出电阻的大小，以确 保放大器的性能。
电路图
提供基于运算放大器的放大器电路图，包括输入、输出和反馈电阻 等元件。
基于运算放大器的滤波器设计
滤波器
利用运算放大器和适当的反馈网络可以设计出各种类型的滤波器， 如低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器等。
设计要点
根据滤波器的类型和性能要求，选择合适的反馈网络元件和运算放 大器型号。
电子技术基础三学习剖析
1.1.1 电路和电路模型1.电路的组成什么是电路？电路是为了某种需要由若干电工设备或元件按一定方式组成的总体，是电流的通路。
电路一般由电源、负载、中间环节组成。
2.电路的作用（1）实现电能的输送和变换（2）实现信号的传递和处理3.电路模型一种电路元件往往兼有两种以上的电磁特性，为了便于对实际电路进行数学描述和分析，我们常需要将实际元件理想化或模型化，即在一定条件下突出其主要的电磁性质，忽略其次要的因素，把它近似的看作理想电路元件。
1.1.2 直流电与交流电1.直流电一般来说我们把方向不随时间变的电压（电流）都称为直流电压（电流）。
2.交流电交流电是指大小和方向都随时间变化的电压或电流。
1.1.3 模拟信号与数字信号1.模拟信号模拟信号是随时间连续变化的电压或电流信号。
处理模拟信号的电路就叫作模拟电路。
2.数字信号数字信号是指随时间断续变化的电压或电流信号。
处理数字信号的电路就叫作数字电路。
1.1.4 电路的基本物理量及其参考方向1.电流及其参考方向（1）电流正电荷移动的方向（或负电荷移动的反方向）规定为电流的实际方向。
电流的大小（强弱）用电流强度来衡量，它定义为单位时间内通过导体某横截面电荷量，用字母i表示。
i = dq/dt式中dq为在极短时间dt内通过导体某横截面的电荷量。
（2）电流的参考方向在分析和计算较为复杂的电路时，往往事先难于判断某支路中电流的实际方向，我们可能任意选定某一方向为电流的参考方向（也称正方向）。
2.电压、电动势及其参考方向（1）电压和电动势电压表明了电场力对电荷做功的能力，用公式表示为u = dW/dq（2）电压和电动势的参考方向对于电压和电动势的实际方向，我们首先作如下的规定：电压的实际方向规定为由高电位端指向低电位端，即为电位降低的方向；而电动势的实际方向是指在电源内部低电位端指向高电位端，即为电位升高的方向。
在电路图中我们常需要对某个元件作电压U和电流I的参考方向的设定，我们习惯于将电压U和电流I的参考方向取为一致，这称为关联参考方向，否则就称为非关联参考方向。
运算放大器电路原理和特性
运算放大器电路原理和特性集成运算放大器简称运算放大器，是由多级直接耦合放大电路组成的高增益模拟集成电路。
与分离元件构成的电路相比，运算放大器具有稳定性好、电路计算容易、成本低等优点，因此得到广泛应用。
其可完成信号放大、信号运算、信号处理、波形变换等功能。
按性能可分为通用型、高阻型、高速型、低温漂型、低功耗、高压大功率型等多种产品。
1、最基本的运算放大器电路典型的运算放大器是反相放大器，如图1所示。
输入信号Vi是由“-”号端加入的，其输出电压V0和输入电压反相，电压增益为：G=V0÷Vi=R2÷R1，故输出电压为：V0=-(R2÷R1)×Vi同相放大器，如图2所示。
输入信号Vi是由“-”号端加入的，其输出电压V0和输入电压同相，电压增益为：G=V0÷Vi=1+(R2÷R1)，故其输出电压为:V0=[1-(R2÷R1)]×Vi。
所谓“同相”和“反相”是指输入信号的极性相对于由它引起的输出信号的极性而言的。
图1 反相放大器电路原理图图2 同相放大器电路原理图2、运算放大器的特性充分认识和理解运算放大器的特性，昌晖仪表认为对学习和应用运算放大器以及仪表维修工作将是很有帮助的。
现简述如下：①运算放大器两个输入端之间的电压总为零，这是运算放大器最重要的特性。
由于两个输入端之间的“虚短路”以及“输入阻抗非常大”，意味着运算放大器不需要输入电流，也可认为运算放大器的输入电流等于零。
②运算放大器的同相端电位等于反相端电位，即运算放大器工作正常时，两输入端有相同的直流电位。
前提是输出电压在直流电源的正电压和负电压之间，且输出电流小于运算放大器额定输出电流时。
③运算放大器的电压增益等于无限大，即可用很小的输入电压获得非常大的输出电压。
运算放大器通电后，只需在输入端两端加上毫伏级的电位，就可以很容易地使输出进入正的或负的饱和状态。
④运算放大器的输出阻抗Z=O，即在电路设计和电源所允许的范围内，可以从运算放大器输出端拉出电流，且在输出端不会出现明显的电压降。
运算放大器
T10
T11
R2 R3 ⑤
R4
T16 T17
F007的内部电路图
＋15V ⑦
D1
T14
R8
D2
⑥
R9
T18 T19 －15V
④
2.6 运算放大器
实际运放的输入输出特性：
uo Vcc
线性区 O
正饱和区
ud
负饱和区
Vcc
运放的输入输出特性
ud u u 差分输入电压
u
ud Ri
u
Ro
uo
Aud
工作在线性区时运放的电路模型
ud
u
u
uo A
0
即
u u
电压相等，相当于短路，所以此性质称为虚短。
谢 谢！
请不吝指教 !
ud 线性区 uo Aud开环增益或
ud 非线性区
开环电压放大倍数
2.6 运算放大器
运算放大器电路模型中参数的典型取值范围
注：运放的开环增益非常大，一个微小的输入 电压就足以使运放工作到饱和区。因此，为使 运放工作在线性区，必须引入负反馈。
2.6 运算放大器
理想运放的模型及特性
理想化条件：无穷大的开环增益、无穷大的输入电阻
电路
2.6 运算放大器
基本要求：掌握实际运算放大器和理想运算放大器 的特性。
运算放大器简称运放是一种用集成电路工艺制成的多
端元件。
R
运放的封装图 运放管脚功能介绍
Pin1,Pin5: 调零端。 Pin2: 反相输入端。 Pin3: 同相输入端。
18
u
27
+VCC
u
36
uo
45 -
VCC
运算放大器常见指标及重要特性
~~I输入失调电压（Offset Voltage, VOS ）定义：在运放开环使用时，加载在两个输入端之间的直流电压使 得放大器直流输出电压为0。
优劣范围：1MV 以下，属于极优秀的。
100HV 以下的属于较好 的。
最大的有儿十mVo对策：1.选择V0S 远小于被测直流量的放大器，2、过运放的 调零措施消除这个影响3、如果你仅关心被测信号中的交变成分，你 可以在输入端和输出端增加交流耦合电路，将其消除。
如果IB1 = IB2,那么选择R1=R2//RF,可以使电流形成的失调 电压会消失。
但实际中IB1 = IB2很难满足►失调电压漂移（Offset Voltage Drift ）定义：当温度变化（AV/° C）、时间持续（AV/M0）、供电电压 WV/V ）等自变量变化时， 输入失调电压会发生变化。
后果：很严巫。
因为它不能被调零端调零，即便调零完成，它还 会带来新的失调。
对策：第一，就是选择高稳定性，也就是上述漂移系数较小的 运放。
第二，有些运放具有自归零技术，它能不断地测量失调并在处 理信号过程中把当前失调电压减掉。
第一、偏置电流如何补偿对于我们常用的反相运算放大器，其典型电路如下:-vW —*—R1------ 2一社U1在这种悄况下，R3为平衡电阻，这样，在可以很好的保证运放的电流补偿，使正负端偏置电流相等。
若这些运算放大器知识你注意到了吗时，其至取值更大时，会产生更大的噪声和飘逸。
但是，应大于输入信号源的内阻。
善于思考的工程师都会想到，当为同相放大器的时候，其原理乂是什么呢？现在我们先回顾下同相运放的设计电路：L III-GND当计算出的Rp为负值时，需要将该电阻移动到正相端，与R1宙联在输入端。
这里额外多插入一句，同相比例运放具有高输入阻抗，低输出阻抗的特性，广泛应用在前置运放电路中。
►输入偏置电流(Input bias current, IB)定义：当输出维持在规定的电平时，两个输入端流进电流的平均值。
运算放大器
直流开环增益为A
⎛ ⎞ Z2 ⎜Vin − Vout ⎟ A = Vout ⎜ ⎟ Z1 + Z 2 ⎝ ⎠
Vout 闭环增益： V = in 1+
⎛ 1 ⎞ 1⎛ 1 ⎞ β A→ ∞ 1 A ⎟ = ⎜1 − ⎟ ⎯⎯⎯→ ≈ ⎛1 + Z1 ⎞⎜1 − ⎜ Z 2 ⎟⎜ β A ⎟ β ⎜ β A ⎟ Z2 ⎠⎝ β ⎠ ⎝ ⎠ A ⎝ Z1 + Z 2 1 Z2 反馈系数： β = 环路增益：β A 增益相对误差： A β Z1 + Z 2
= 2(VDD − 5Vdsat )
单级放大器
共源共栅级的输出共模电平范围 单位增益缓冲器接法 保证所有晶体管处于饱和区 对M2： Vout ,max = Vx + Vth 2
= Vb − VGS 4 + Vth 2
对M4： Vout ,min = Vb − Vth 4
Vout ,max − Vout ,min = Vth 4 − (VGS 4 − Vth 2 ) = Vth 2 − Vdsat 4
运算放大器的性能参数
增益
开环增益：一般指运放的直流增益。 在DC条件下，在输入加一小信号，得到输出电压 高增益：
Ad = 10 ~ 105 (20dB − 100dB ) Ad ~ 80 − 100dB
共模增益：在输入加共模小信号，得到输出电压
ACM ~ 20 − 40dB
共模抑制比：CMRR
CMRR ~ 40 − 80dB
总谐波能量 THD = 0.01% → −80dB, 0.1% → −60dB 基频能量
电源抑制比 ：表征正、负电源噪声对输出的影响
放大器外部指标特性
对放大器外部指标特性的理解1.输入电阻与输出电阻输入电阻等于输入电压与输入电流的比值，R i=v i/i i,同理R o=v o/i o,输入电阻R i的大小决定了放大电路从信号源吸取信号幅值的大小，输出电阻的大小决定了它放大电路输出量随负载变化的程度。
输出量与负载大小的关联程度弱指带负载能力强。
输出电压的R o越小，负载R L 变化对v o影响越小。
1)电压放大电路：输入信号为电压，输出信号也为电压。
R i越大，输入端v i越大，信号衰减越小；R o越小，带负载能力越强。
所以理想的电压放大电路R i→∞，R o→0.2)电流放大电路：输入信号为电流，输出信号也为电流。
R i越小，输入端ii越大，信号衰减越小；R o越大，带负载能力越强。
所以理想的电压放大电路R i→0，R o→∞.3)互阻放大电路：输入信号为电流，输出信号为电压。
为使输入信号衰减最小，且带负载能力强，R i→0，R o→0.4)互导放大电路：输入信号为电压，输出信号为电流。
为使输入信号衰减最小，且带负载能力强，R i→∞，R o→∞.2.增益四种放大电路分别有不同增益，电压增益A v=v o/v i,电流增益A i=i o/i i,互阻增益A r=v o/i i，互导增益A g=i o/v i。
A r，A g有量纲，A v，A i无量纲。
平时用以10为底的对数增益表达，基本单位为（B，dB）电压增益=20lg|A v|dB，电流增益=20lg|A i|dB绝对值大于1为放大，小于1为衰减。
功率增益=10lgA p dB放大器的增益是恒定的，频率可变，增益是频率的函数。
3.频率响应放大电路的频率响应所指的是，在输入正弦信号情况下，输出随输入信号频率连续变化的稳态响应。
A v（jω）=A v（ω）∠φ（ω）幅值相角平时输入阻抗说成输入电阻的原因为频率较低。
为使信号源损失减小，耦合电容的选取要带宽，低频，容抗大。
4.效率=P o/P i5.电压放大器适合R s较小，R L较大场合；电流放大器适合R s较大，R L较小场合；互阻放大器适合R s较大，R L较大场合；互导放大器适合R s较小，R L较小场合。
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y
yFS m1
m2
eZ
m
yFS
100 %
0
x
（5）分辨力与分辨率
分辨力：传感器能够测量到的最小输入变化值Δx,它 代表了传感器的最小量程，与输入量同量纲。
分辨率：表示传感器的分辨能力，用于说明其分辨 质量。通常有平均分辨率和最大分辨率两种表示方法。
1、位移传感器
位移是指物体的某个表面或某点相对于参考 表面或参考点位置的变化。位移有线位移和角位 移两种。线位移是指物体沿着某一条直线移动的 距离；角位移是指物体绕着某一定点旋转的角度。 根据测量的位移不同，位移传感器可以分成直线 型和回转型两大类。
位移传感器
速度传感器
力传感器
图1-8 按被测物理量分类的各种传感器
②按工作原理（转换原理）分类：如电阻式传感器、电感 式传感器、电容式传感器、磁电式传感器、压电传感器…， 能够从基本原理上归纳传感器的共性和特性。
压电传感器
霍尔传感器
图1-9 按工作原理分类的各种传感器
超声波传感器
（1）灵敏度（在静态情况下）
长光栅位移传感器 磁尺
圆光栅位移传感器
光电编码器
2、速度、加速度传感器
（1）速度传感器
单位时间内位移的增量就是速度。速度包括线速度和 角速度，与之相对应的就有线速度传感器和角速度传感 器，我们都统称为速度传感器。
磁电式速度传感器
光电速度传感器
22、、速速度度、、加加速速度度传传感感器器
（2）加速度传感器
（2）线性化的解释
y
yFS
m
0
线性特性 非线性特性
x
ef
m 100 %
yFS
m ——最大非线性误差； yFS ——传感器的满量程输出值。
当 m满足使用误差的要求时，就可以用线性代替非线性。
理论线性度
y yFS
理论直线
m
理论线性度
实 际 曲
ef
m 100 %
yFS
线
拟合直线：
0
物理量、化学量、生物量等
电量（便于传输、转换、 处理、显示）
输入量
能量转换
输出量
1.1 基本概念
二、传感器的组成
被测量
敏感元件的输出作 为转换元件的输入
敏感 元件
转换 元件
电量 转换 电路
直接感受被测量
转化为电量参数
敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量 成确定关系的物理量。
温度变化
热敏油墨 热敏灯罩
项目一 认识传感器及其信号调理电路
一 认识传感器 二 传感器的信号调理电路
任务一 认识传感器
在生产生活中通过查阅相关资料，寻找五个工作原理 不同的传感器，例如图1-1所示热敏电阻、CCD图像传感 器等。了解你所找到的传感器的工作原理、优缺点，并找 到其应用场合。
一、传感器的定义
传感器(Sensor/Transducer)是一种以一定的精确度 把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某 种物理量的测量装置。 它的输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化 学量、生物量等。 它的输出量是某种物理量，这种量要便于传输、转换、 处理、显示等，主要是电量。 输入输出的转换规律（关系）已知，转换精度要满足测 控系统的应用要求。
当悬臂梁受力时， 梁的上表面伸长，R1、 R4电阻值增大；梁的 下表面压缩，R2、R3 电阻值减小。此时 UA ＜ UB ， 电 桥 失 去 平衡，输出与压力成 正比的电压。
三、传感器的分类（三种方法）
①按被测物理量性质（输入量）分类：如位移传感器、速度 传感器、负荷传感器、压力传感器、流量传感器、温度传感 器…，适合于根据被测量选择相对应的传感器。
迟滞 ：
m被测量增大et Nhomakorabeam
y F S
100%
x
产生迟滞现象的主要原因有传感器机械部分存在不可 避免的缺陷，如轴承摩擦、间隙、紧固件松动、材料的内 摩擦、积尘等，以及磁滞和电元件的单向特性等等。
（4）重复性
传感器在被测量按同一方向作多次全量程实验时，所得到 的输出特性曲线的不一致程度，用重复性来表示 。
y
灵敏度：
k
输出量的变化 输入量的变化
dy dx
dy
dx
x
(a) 传 感 器 的 输 入 —输 出 特 性 曲 线
y
x
k tg y x
(b)灵 敏 度 的 表 示
由图可知灵敏度 k 是特性曲线上某点的切线斜率。如果特性曲线是直线，则 k 为常数；如果特性曲线是非线性的，则 k 是变化的。
scw--型张力传感器
3、力、扭矩传感器
（2）扭矩传感器
扭矩传感器是对各种旋转或非旋转机械部件上对扭转 力矩感知的检测。扭矩传感器将扭力的物理变化转换成精 确的电信号。
法兰式扭矩传感器
扭紧式扭矩传感器
四技、能技训能练训1练-1：1-认1：识认传识感传器感器
1.通过查阅各种文献资料、网络搜寻等多种方式， 收集各类传感器的信息，初步认识一些常用的传 感器。 2.选出5个工作原理不同的传感器，并将它们的 类别、特点和应用场合填入表1-1中。
加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。 加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力，就好 比地球引力，也就是重力。加速力可以是个常量，比如g， 也可以是变量。
压电式加速度传感器
电容式加速度传感器
3、力、扭矩传感器
（1）力传感器 能感受外力并转换成可用输出信号的传感器。
1、力传感器
辐式称重测力传感器cyl203
的直线（y=a0+kx）即为端
基拟合直线。由此计算出 的线性度——称为端基线 性度。
x
拟合直线：
y a0 kx
a0——被测量为零时的传感 器输出值。
（3）迟滞（滞环）
传感器在正向（被测量增大）和反向（被测量减小） 时，输出特性曲线不重合的程度，称为迟滞（滞环）。
y yF.S
最 大 误 差
被测量减小
记忆合金
（对温度敏感的材料）
固定端
F
悬臂梁
对力敏感的元件
F
转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换 成电路参量
R2
R3
F
力
形变
应变片
R1
R4
电阻值变化
力变化转换元件——应变片
电路参数接入基本转换电路，便可转换成电 量输出。
R1＝R2＝ R3 ＝ R4
大
小
R1
R3
UA
UB
U
R2 小
R4 大
直流电桥
最大误差
x
y kx
以零点（0％）为起始点，满量程输出（100％）为终止点，连接这两点 的直线（y=kx）即为理论直线。由此计算出的线性度——称为理论线性度 （绝对线性度）。
端基线性度
y
yFS
m
0 端基线性度
端基线性度
ef
m 100 %
yFS
以零点输出的平均值为 起始点，满量程输出平均 值为终止点，连接这两点