模拟集成运算放大器及其运用
第四章模拟集成运算放大器及其运用
－ ＋
∞ ＋
6
ui
1 54
依据可知：
i1 i f ， u u ui
而
i1
0
u R1
ui R1
，i
f
u uo RF
ui uo RF
u0
由此可得：
uo
1
RF R1
ui
-12V
输出电压与输入电压的相位相同。 为提高电路的对称性，平衡电阻
可见同相比例运算电路的电压放
“虚断”：运放的同相输入端和反相输入端的电流趋于0，好象断路一样 ，但却不是真正的断路。
第22页，共40页。
第23页，共40页。
理想集成运放工作于非线性区
电路中没有引入负反馈或引入的是正 反馈，理想运放工作于非线性区。因其 放大倍数趋于无穷大，所以输出电压只 有两种可能：
uo U -UOOMM
u u u u
中间级的主要作用是提高电压增益， 一般由多级放大电路组成；
输出级一般由电压跟随器或互补电压跟 随器所组成，以降低输出电阻，提高带 负载能力。
偏置电路是为各级提供合适的工作电流。
此外还有一些过载保护电路及高频补偿环节等 辅助环节。
集成电路的几种外形
第6页，共40页。
第7页，共40页。
左图所示为μA741集成运算放大器的芯片实物外形图
第四章模拟集成运算放大器 及其运用
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学习集成运算放大器
学习目的与要求
1. 了解和熟悉集成运算放大器的组成及其图符号； 2. 掌握集成运放的理想化条件及其分析方法； 3. 理解集成运放的线性应用及其工作原理；
4. 了解一般集成运放的简单非线性应用。
第2页，共40页。
4.1 模拟集成电路的概念
集成运算放大器基本应用(模拟运算电路)实训指导
集成运算放大器基本应用 （模拟运算电路）实训指导（特别提醒：实验电路图中可能存在有的元器件数值与实验电路板中的不相同，实验时应以实验电路板中的为准。
另外，由于元器件老化、湿度变化、温度变化等诸多因素的影响所致，实验电路板中所标的元器件数值也可能与元器件的实际数值不一致。
有的元器件虽然已经坏了，但仅凭肉眼看不出来。
因此，在每次实验前，应该先对元器件（尤其是电阻、电容、三极管）进行单个元件的测量（注意避免与其它元器件或人体串联或并联在一块测量）。
并记下元器件的实际数值。
否则，实验测得的数值与计算出的数值可能无法进行科学分析。
）一．实验目的1．研究由集成运放组成的比例、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。
基本运算电路。
1)反相比例运算电路电路如图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 F O U R RU 1-=为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相端应接入平衡电阻R 2=R 1||R F 。
U OOU U图8—1 图8—22)反相加法电路电路如图8—2，输出电压与输入电压之间的关系为)(2211i F i F O U R RU R R U +-=R 3= R 1‖R 2‖R F 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 F O U R R U ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=11 R 2 = R 1‖R F当R 1 ∞，U o =U i ，即得到如图8—3(b)所示的电压跟随器，图中R 2=R F ，用以减小漂移和起保作用。
一般R F 取10K Ω，R F 太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。
实验--集成运算放大器的基本应用 模拟运算电路
实验–集成运算放大器的基本应用模拟运算电路引言集成运算放大器（Integrated Operational Amplifier，简称OPAMP）是一种重要的电子元件，它在模拟电路设计和实验中被广泛应用。
本文将介绍集成运算放大器的基本应用，并通过实验来验证其在模拟运算电路中的功能和性能。
集成运算放大器的基本原理集成运算放大器是一种高增益、差分输入和单端输出的电子放大器。
它具有很高的输入阻抗、低的输出阻抗和大的开环增益。
通过反馈电路，集成运算放大器可以实现各种电路功能，如放大器、比较器、滤波器等。
实验目的本实验旨在通过实际操作，掌握集成运算放大器的基本应用，包括放大器、比较器和无源滤波器。
实验器材•集成运算放大器IC•双电源电源•电阻•电容•示波器•多用电表实验步骤步骤1：放大器的基本应用1.按照电路图连接集成运算放大器，并接入双电源电源。
2.接入电阻、电容等元件，按照电路图搭建一个基本放大器电路。
3.将输入信号接入集成运算放大器的非反馈输入端，通过示波器观察输出信号。
4.调节输入信号的幅值和频率，观察输出信号的变化。
步骤2：比较器的应用1.断开反馈电路，使集成运算放大器工作在开环状态。
2.将输入信号接入集成运算放大器的非反馈输入端，通过示波器观察输出信号。
3.调节输入信号的幅值，观察输出信号的变化。
步骤3：无源滤波器的应用1.按照电路图连接集成运算放大器，并接入双电源电源。
2.接入电阻、电容等元件，按照电路图搭建一个无源滤波器电路。
3.将输入信号接入集成运算放大器的非反馈输入端，通过示波器观察输出信号。
4.调节输入信号的频率，观察输出信号的变化。
实验结果与分析在实际操作中，我们成功搭建了集成运算放大器的放大器、比较器和无源滤波器电路，并通过示波器观察到了相应的输入输出波形。
在放大器电路中，我们调节了输入信号的幅值和频率，观察到了输出信号的线性放大效果。
在比较器电路中，我们调节了输入信号的幅值，观察到了输出信号的高低电平变化。
模电第五章集成运算放大器及其应用
同相输入放大电路的特例 ——电压跟随器
Auf 1＋RF R1
Auf=1
电压跟随器 a) 基本电路 b)降低输入电阻的电路
图5-14
uuu R R R R Ru R Ru o o 1 o2 2 33 1 F 1 I1 1 F I2
即ii
运放只有在线性工作区时，才存在“虚短” 运放线性应用时的“虚短”和“虚断” 图5-14
5.3.2 线性运放的三种基本电路 反相输入式放大电路 同相输入式放大电路 双端输入式放大电路
1、反相输入式放大电路 虚地
虚短
uo= – uF= – iFRF
虚地
iId=0 iI=iF
反相输入式放大电路 a）电路图 b）等效电路
理想运放工作在饱和区(非线性区)的特点
电压传输特性 uo
+UOM
饱和区
uP– uN O
–UOM
(1) 输出只有两种可能, +UOM 或–UOM
当 uP> uN 时， uO = + UOM uP< uN 时， uO = – UOM 不存在 “虚短”现象
(2) iP= iN 0,仍存在“虚断”现象
理想运放工作在非线性区 必要条件之一： 1、开环状态 2、引入正反馈
RL RC //RL
2
差模输出电阻 ：RO=2RC
两个大小相等，极性相同的信号称为共模输入信号。
共模信号 共模信号是反映温漂干扰或噪声等无用的信号。如果电路完全对称，则在共模信号作用下，两管电流 同时等量增大，结果输出电压ΔUOC =0
实验六 集成运算放大器的应用模拟运算
实验六 集成运算放大器的应用（一）模拟运算电路预习部分一、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. 掌握运算放大器的使用方法，了解其在实际应用时应考虑的一些问题。
二、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。
本实验采用的集成运放型号为μA741，引脚排列如图2-7-1所示。
它是八脚双列直插式组件，②脚和③脚为反相和同相输入端，⑥脚为输出端，⑦脚和④脚为正，负电源端，①脚和⑤脚为失调调零端，①⑤脚之间可接入一只几十K Ω的电位器并将滑动触头接到负电源端。
⑧脚为空脚。
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) 反相比例运算电路电路如图2-7-2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Uo ＝－（R F / R 1）Ui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 。
2) 反相加法电路图2-7-2 反相比例运算电路 图2-7-3反相加法运算电路电路如图2-7-3所示，输出电压与输入电压之间的关系为F i Fi F O //R //R R R U R R U R R U 2132211=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-= 图2-7-1 μA741管脚图3) 同相比例运算电路图2-7-4(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 Uo ＝（1＋R F / R 1）Ui R 2＝R 1 // R F当R 1→∞时，Uo ＝Ui ，即得到如图2-7-4(b)所示的电压跟随器。
图中R 2＝R F ，用以减小漂移和起保护作用。
一般R F 取10K Ω，R F 太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。
(a) 同相比例运算电路 (b) 电压跟随器图2-7-4 同相比例运算电路4) 差动放大电路（减法器）对于图2-7-5所示的减法运算电路，当R 1＝R 2，R 3＝R F 时， 有如下关系式图2-7-5 减法运算电路 图2-7-6 积分运算电路 5) 积分运算电路反相积分电路如图2-7-6所示。
集成运算放大器全篇
习题判16
七、 微分器
iF R
i1 C ui
R2
– +
+
u–= u+= 0
uo
若输入： ui sin t
ui
则：uo RC cost RC sin(t 90 ) 0 uo
0
iF
uo R
i1
C
dui dt
i1 iF
uo
RC
dui dt
t t 习题判19
微分是积分的逆运算。因此，只要将积分运算电路 中R和C的位置互换，就能形成微分器基本电路。如果 说，积分电路能够延缓信号的传输，那么微分电路则能 加快信号的传输过程，微分器又称D调节器。
(2)无调零引出端的运放调零。有些运放是不设调零引出端 的，特别是四运放或双运放等因引脚有限，一般都省掉调零端。 用作电压比较器的运放，无需调零；用作弱信号处理的线性电 路，需要通过一个附加电路，引入一个补偿电压，抵消失调参 数的影响，几种附加的调零电路如图1-14所示。 调零电路的接人对信号的传输关系应无影响，故图l-14a和图l14b加入了限流电阻R3，R3的阻值要求比R1大数十倍，若R1 =10 kΩ， R3可取200 kΩ。图l-14c和图l-14d为不用调零电源 (+U和-U)的调零电路，通过调节电位器RP，可以改变输入偏置 电流的大小，以调整电消振措施 1)区分内外补偿。从产品手册或产品说明书上可查到补偿方法， 如F007型运放往往把消振用的RC元件制作在运放内部。大部分 没有外接相位补偿（校正）端子的运放，均列出补偿用RC元件 的参考数值，按厂家提供的参数，一般均能消除自激。 2)补偿电容与带宽的关系。有时按厂家提供的RC参数不能完全 消除自激。此时若加大补偿电容的容量，可以消除自激。对于 交流放大器，则必须注意补偿元件对频带的影响，不应取过大 的电容值，要选取适当的电容值，使之既能消除振荡，又能保 持一定的频带宽度。此外，对应不同的闭环增益，所需的补偿 电容和补偿电阻也不同。在选取补偿元件时，可以按以下原则 掌握：在消除自激的前提下，尽可能使用容量小的补偿电容和 阻值大的补偿电阻。
模拟集成电路及运算放大器的应用
第五章模拟集成电路及运算放大器的应用教学内容：电流源工作原理；差分放大电路的分析和计算；集成运算放大器及主要技术指标，理想运算放大器及其组成的各种运算电路,实际运算放大器运算电路的误差分析。
教学要求：1、熟悉集成运放的组成及各部分作用，正确理解集成运放主要指标的物理意义；For personal use only in study and research; not for commercial use2、了解电流源的工作原理；3、了解LM324的工作原理及应用重点、难点：For personal use only in study and research; not for commercial use集成运放的电路组成及各部分作用，集成运放主要性能指标的物理意义及选用。
教学方法：讲授法、讨论法教学时数：12学时教学过程：5.1 模拟集成电路中的直流偏置技术5.1.1 BJT电流源电路1. 镜像电流源T1、T2的参数全同即β1＝β2，I CEO1＝I CEO2BE1BE2=V V ，E1E2=I I ，C1C2=I I当BJT 的β较大时，基极电流I B 可以忽略R V V R V V V I I I REF C O EE CC EE BE CC 2)(+≈---=≈=动态电阻 ce12CE 2C o 2B )(r v i r I =∂∂=-一般r o 在几百千欧以上⎪⎩⎪⎨⎧↓↓⇒↑⇒↑⇒↑⇒↓↑↑⇒B B R R R C0C1C1)(I V R I V I I I I T1. 电路简单，应用广泛；2. 要求I C1电流较大情况下，R 的功耗较大，集成电路应避免；3. 要求I C1电流较小时，要求R 数值较大，集成电路难以实现。
2. 微电流源e2BE e2BE2BE1E2C2O R V R V V I I I ∆=-=≈=由于BE V ∆很小，所以I C2也很小e2be2e221(R r R r r ce o ++≈β）3. 比例电流源e1E1BE1e0E0BE0R I V R I V +=+S ET BE ln I I V V ≈E1E0T BE1BE0ln I I V V V ≈-E1E0T e0E0e1E1lnI I V R I R I +≈ 1E C1R 0E C0 2I I I I I ≈≈≈>>，时，则若βR e1e0C1R e1T R e1e0C1ln I R R I I R V I R R I ≈+≈e0BE0CC R R R V V I +-≈4. 组合电流源T1、R 1 和T4支路产生基准电流I REFT1和T2、T4和T5构成镜像电流源T1和T3，T4和T6构成了微电流源1EB4BE1EE CC REF R V V V V I --+=5.1.2 FET 电流源1. MOSFET 镜像电流源R V V V I I I GSSS DD REF D2O -+===当器件具有不同的宽长比时REF 1122O //I L W L W I ⋅=（λ=0）r o = r ds2用T3代替R ，T1~T3特性相同，且工作在放大区，当λ=0时，输出电流为2T2GS22n 2T2GS22n2D2)( )()/(V V K V V K L W I -=-'= 2. MOSFET 多路电流源2T0GS0n0D0REF )( V V K I I -==REF 1122D2//I L W L W I =REF 1133D3//I L W L W I =REF 1144D4//I L W L W I =3. JFET 电流源5.2 差分式放大电路一. 直接耦合放大电路的零点漂移现象1. 零点漂移现象：在直接耦合放大电路中，输入电压v I＝0，输出电压v O≠0的现象。
模拟电子技术集成运算放大器的应用
模拟电子技术集成运算放大器的应用xx年xx月xx日CATALOGUE目录•集成运算放大器的基本知识•集成运算放大器的应用•集成运算放大器的使用注意事项•集成运算放大器的设计与优化•集成运算放大器的发展趋势与展望01集成运算放大器的基本知识集成运算放大器（简称运放）是一种高增益、高精度、高稳定性的放大电路，具有通用性强、使用方便、体积小、功耗低等特点。
定义运放具有开环增益高、精度高、线性度好、响应时间快、稳定性高等优点，可用于信号放大、滤波、解调、平衡等应用。
特点定义与特点类型根据不同的标准，运放可分为多种类型，如通用型、低噪声型、高速型、高精度型等。
结构运放一般由输入级、中间级和输出级三个基本部分组成，其中输入级通常采用差分放大电路实现高共模抑制比和低噪声；中间级主要对信号进行放大；输出级则实现电路的输出。
类型与结构功能运放作为模拟信号处理的常用器件，可实现信号的放大、减法运算、加法运算、积分运算等多种功能。
作用运放在电路中作为关键元件，对信号进行处理和转换，广泛应用于模拟电路中。
功能与作用运放的性能指标包括开环增益、闭环增益、精度、带宽、响应时间等。
性能指标运放的主要参数包括输入电阻、输出电阻、通频带、增益带宽积、最大输出电压等。
在选择使用运放时，需要根据实际应用场景考虑其性能指标和参数。
参数性能指标与参数02集成运算放大器的应用1模拟运算放大器的基本应用23将两个或多个输入信号相加，并输出一个相应的和信号。
加法器将两个输入信号相减，并输出一个相应的差信号。
减法器将输入信号进行积分运算，并输出一个相应的积分信号。
积分器对输入信号进行放大，输出更大幅度的信号。
模拟运算放大器的信号运算应用放大器对输入信号进行滤波处理，提取有用的信号，抑制干扰信号。
滤波器将输入信号进行相位移动，输出相应的移相信号。
相移器对输入信号进行采样和保持，输出与输入信号保持一致的采样信号。
采样保持电路将输入信号进行对数放大，输出相应大小的信号。
模拟电子技术集成运算放大器的应用
各电流V值-2为=V+2=ui2
2023/1/9
4.1.6 微分运算电路
因为虚地,有:
u－= u+= "地"电位"0"
u－
u+ ui
为保证电路地平衡, RF=R2
微分电路可变换成尖
可得
脉冲;且uo与ui
相位反相。
实现了输出对输入地微分。
0
t
式地RFC1为电路地时间常数
4.1.8 有有源源滤波低器通——滤常用波地器有源滤波器
通频带内地电压放大倍数:
电路地传输函数:
当电路频率为
性能良好地低通滤波器通带内地幅频 特性曲线比较平坦,阻带内地电压放 大倍数基本为0。其幅频特性如:
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通带
阻带
0
ω0
4.1.8 有有源源滤波高器通——滤常用波地器有源滤波器
根据"虚断"可得:
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幅频特性:
4.1.9 集成运算放大器地线性应用举例
图示测振仪速度传感器产生地信号与速度成正比,开关在位置"1"时,放大 器可直接对速度传感器传送过来地信号进行放大测量,测量出振动地速度; 开关在位置"2"时,速度传感器地信号经微分器进行微分运算,之后送入运放 再进行放大测量,可测量加速度α;在位置"3"时,速度传感器地信号经积分器 进行积分运算再一次放大,又可测量出位移x。在放大器输出端,可接测量仪 表或示波器对所测量信号进行观察与记录。
值小信号进行放大,且具有较强地模抑制能力。
因为最后一级运算 放大器是双端输入差 分电路,所以:
2023/1/9
集成运算放大器及其应用【精选文档】
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.从而使输入失调电流和温漂等项参数值大大下降。
集成运算放大器的基本应用模拟运算电路实验报告
集成运算放大器的基本应用模拟运算电路实验报告实验目的：1. 学习集成运算放大器的基本应用；2. 掌握模拟运算电路的基本组成和设计方法；3. 理解反馈电路的作用和实现方法。
实验器材：1. 集成运算放大器OP07；2. 双电源电源供应器；3. 多用途万用表；4. 音频信号发生器；5. 电容、电阻、二极管、晶体管等元器件。
实验原理：集成运算放大器是一种高增益、高输入阻抗、低输出阻抗、具有巨大开环增益的差分放大器。
在应用中，我们通常通过反馈电路来控制放大器的增益、输入输出阻抗等特性，从而使其实现各种模拟运算电路。
常用的反馈电路有正向电压反馈、负向电压反馈和电流反馈等。
各种反馈电路的实现方法有所不同，但基本思想都是引入一个反馈回路来控制电路的传递函数，从而实现对电路特性的控制。
实验内容：1. 非反相比例放大电路按照电路图接线，设置正常的电源电压和输入信号参数，测量输出电压和放大倍数，记录实验数据。
2. 非反相积分电路按照电路图接线，设置正常的电源电压和输入信号参数，测量输出电压和放大倍数，记录实验数据。
3. 非反相微分电路按照电路图接线，设置正常的电源电压和输入信号参数，测量输出电压和放大倍数，记录实验数据。
4. 反相比例放大电路按照电路图接线，设置正常的电源电压和输入信号参数，测量输出电压和放大倍数，记录实验数据。
5. 反相积分电路按照电路图接线，设置正常的电源电压和输入信号参数，测量输出电压和放大倍数，记录实验数据。
6. 反相微分电路按照电路图接线，设置正常的电源电压和输入信号参数，测量输出电压和放大倍数，记录实验数据。
7. 增益和带宽测试选择合适的集成运算放大器，按照电路图接线，设置正常的电源电压和输入信号参数，测量输出电压和放大倍数，记录实验数据。
实验数据及分析：根据实验中所得到的数据，可以绘制出放大倍数和频率的曲线图，从中可以看出电路的增益特性和带宽特性。
实验结论：通过本次实验，我们学习了集成运算放大器的基本应用，掌握了模拟运算电路的基本组成和设计方法，理解了反馈电路的作用和实现方法，同时也提高了我们的实验操作能力。
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
集成运算放大器及其应用
相当于两输入端之间短路
u + O
3 “虚地”的概念
当同相输入端接地时，
u i 由“虚断路”原则 i = 0 , 有 +=0
u u 由“虚短路”原则
+
–=0
u Ｒ１
i
Ｒ２
结论：反相输入端为 “虚地”。
注意
Ｒ１
在右图所示电路中，
相因输为入存端在负不反是馈“信虚号地, 同”！u
Ｒ
２
i
Ｒ 第3章 3 3
io
uo RL
u u f
R1 RF RL
第3章 3 4
RF
u u f
=
——R1–
R1+ RF
o
R1
u 虚短路
i R2
uo
u+
故有：
=u – uo =
1+
RRF1 u+
=
1+
u RF
R1
i
同相跟随器
RF
第3章 3 4
uo= ui
ui R
uo
若接入电阻R、RF，运算关系不变
3. 差动比例运算电路
第3章 3 4
利用叠加原理进行分析
RF
u u u ′O = - RRF1 i1
第3章 3 4
uo
3.4.3 减法运算电路 1. 差动比例运算电路
第3章 3 4
RF
u 差动比例运算
R1
i2
是减法运算电
u 路的一种形式
i1
R2
uo
R3
u u u o = 1+ RR1F R2R+3R3
i2 -
RF R1
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。
模拟电路设计中的运算放大器选择与应用
模拟电路设计中的运算放大器选择与应用
在模拟电路设计中，运算放大器是一种常用的集成电路器件，用于放大信号、
滤波、比较电压等各种功能。
选择合适的运算放大器并正确应用是设计中至关重要的一环。
在选择运算放大器时，首先要考虑的是其性能参数。
常见的性能参数包括增益
带宽积、输入偏置电流、输入偏置电压、共模抑制比、失调电压等。
根据实际需求选择相应性能参数的运算放大器，可以保证电路的性能。
在应用运算放大器时，最常见的应用之一是作为信号放大器。
通过适当选择反
馈电阻的数值，可以实现对输入信号的放大。
此外，运算放大器还可以用于比较器、积分器、微分器等电路中。
在设计这些电路时，需要充分了解运算放大器的特性，并根据需要合理选择。
另外，运算放大器还可以通过与其他器件的组合应用，实现更加复杂的功能。
例如，结合电容器可以实现滤波器的设计，结合二极管可以实现压缩器的设计，结合开关可以实现开关电路的设计。
在设计这些复杂功能时，需要考虑到所有元器件的特性，并综合考虑各种影响因素。
总之，选择合适的运算放大器并正确应用，是模拟电路设计中不可或缺的一部分。
只有充分理解运算放大器的性能参数和特性，并灵活运用，才能设计出稳定可靠、性能优良的电路。
希望以上内容对您有所帮助。
如果有其他问题，欢迎随时向我咨询。
模拟电子技术第七章 集成运算放大器及其运用练习题及解答
第七章 集成运算放大器及其运用练习题及解答7.4电路如题7.4图所示。
已知A 1、A 2理想，且32R R =，142R R =。
（1） 写出电路传递函数的时域表达式；（2） 写出输入电阻的表达式，并讨论该电路能够稳定工作的条件； （3） 定性说明该电路能获得高输入电阻的原理。
解：（1）由于A 1构成反相放大器。
故12R Ru u A i o u -==（2）由于A 2也构成反相放大器。
故i o o u u R R u 2342=-= 由题7.4图可得1R R ii i i i i u i u R +==1112R R RR R u R u u u i o i i +-=--=7.6如题7.6图电路，若A 1、A 2均为理想运放，当3142R R R R =、99/21=R R ，且mV u u i i 121==时，问?=o u解：由于A 1构成同相放大器。
有11121991001i i o u u R R u ＝）＋（=对A 2放大器，由叠加定理可知： 当u o1＝0时，构成同相放大器。
有22341001i i o u u R R u =='）＋（ 当u i2＝0时，构成反相放大器。
有u i题7.6图o1113410099i o o ou u u R R u -=-=-='' 故0)(10021=-=''+'=i i o oo u u u u u 7.7试求题7.7图电路o u 的表达式，并求R '的值。
已知Ω=K R 202，Ω=K R 504，F C μ20=，Ω======K R R R R R R 100876531。
解：由图可知，A 1构成反相加法器。
其输出为212211315)11(i i i i o u u u R u R R u --=+-= A 2构成电压跟随器。
其输出为32i o u u =对A 3构成的放大器，列KCL 方程得：6341R u u R u u o o -=--- 752R u R u u o ++=- 将-+=u u 代入方程并整理锝其输出为123223o o o u u u -=A 4构成积分器。
模拟电子技术集成运算放大器的应用
反馈电路
主要作用是稳定放大器的输出电压 ，改变输入电压与输出电压之间的 关系。
集成运算放大器的主要参数
开环增益
表示放大器没有反馈时的电压放大倍数。
输入电阻和输出电阻
表示放大器对信号的输入和输出的阻碍作 用。
闭环增益
表示放大器接上反馈电路后的电压放大倍 数。
最大不失真输出电压
表示放大器在正常工作条件下能够输出的 最大不失真电压。
模拟运算放大器在信号处理中的应用
滤波器
运算放大器可以用于实现各种滤波器，例如有源低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器等。通过设置适当的反 馈电阻和电容，可以将输入信号中的特定频率成分进行滤除或提取。
电压跟随器
电压跟随器是另一种常见的信号处理应用。通过将运算放大器的正输入端接地，负输入端接输入信号，输出端 接负载电阻，即可实现电压跟随器的功能，使得输出电压与输入电压保持一致。
06
总结与展望
集成运算放大器的优势及应用局限性
集成运算放大器具有高放 大倍数、低失调电压、低 噪声、高共模抑制比等优 点，使其在模拟信号放大 、滤波、采样等方面得到 广泛应用。
优势
应用局限性
集成运算放大器的频率响 应有限，对高频信号的放 大效果较差；同时，其内 部电路的参数可能随温度 、湿度等环境条件变化， 影响其性能和稳定性。
仪器仪表放 大器
传感器放大 器
将传感器输出的微弱信号 放大到便于测量的程度， 同时能够抑制噪声和干扰 。
集成运算放大器在通讯信号处理中的应用实例
调制解调器
在通讯系统中，利用集成运算放大器构成的调制解调 器可以将信号从高频信道中解调出来，实现信号在不 同频段之间的传输。
信号滤波器
集成运算放大器可以与电阻、电容等元件一起构成信 号滤波器，实现对通讯信号的滤波处理，达到一定的 频率响应和噪声抑制效果。同时能够将信号进行必要 的整形或放大，以适应后续电路的需要。
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
模拟电子技术课件ch5集成运放及其应用
的比例关系，即可构成比例电流源。 VCC
UBE1 I R E1 e1 UBE2 IE2 Re2 UBE1 UBE2
I R E1 e1 IE2 Re2 IC2 Re1 IREF Re2
R
I REF
IC1
T1
UBE1
IC2
2IB T2 UBE2
Re1
Re2
I e1
I e2
5.2.3 微电流源
这种特性称为“虚断”特性。 这两条特性大大简化了运放应用电路的分析过程， 是分析运放工作在线性区域的各种电路的基本依据。
5.4.3集成运放的基本组态
由于集成运放有两个输入端，因此按输入接入 方式不同，可有两种基本放大组态，即反相放大 器组态和同相放大器组态。另外，有前两种组态 组合而成的另一种基本组态——差动放大组态， 它们是构成集成运放系统的基本单元。
2．求和运算电路 输出量是多个输入量按照一定比例相加的结果，
称为求和运算，或者称为比例求和。用运放实现求和 运算，可以采用反相输入求和电路、同相输入求和电 路和双端输入求和电路来实现。
对于单端输出的差动放大电路，从式 kCMR
Aud1 Auc1
Re
rbe
可以看出，要提高共模抑制比，应当提高 Re 的数值。
而集成电路中不易制作大电阻值的电阻，若静态
工作状态不变，加大 Re 还将会增加其直流压降，这
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左图所示为μA741集成运算放大器的芯片实物外形图
从实物外形图上可看出，μA741集成运放有8个 管脚，管脚的排列图、电路图符号如下：
外部接线图
+12V 7
正电源端
空脚
8
输出端
调零端
765
反相输入 2
同相输入 3
∞ －
＋ ＋
输出 6
1 54
μA741
调零端
1 2 34
反相输入端
负电源端
同相输入端
（1）高输入阻抗型 差模输入电阻不小于109Ω。 （2）高精度型 ΔVIO∕ ΔΤ小于2μV∕οС。 （3）电源电压 15V 时，最大功耗不大于6mW。
（5）高速型 转换速率大于30Vµs。
（6）高压型 输出电压较高。
3、按结构分类
双极型运放、结型场效应管输入级运放、MOS型场效应 管输入级运放、MOS型运放。
8、开环输入阻抗ri 指电路开环情况下，差模输入电压与输入电流之比。 ri越大，运放性能越好。一般在几百千欧至几兆欧。
9、开环输出阻抗ro 电路开环情况下，输出电压与输出电流之比。ro越小， 运放性能越好。一般在几百欧左右。
10、共模抑制比KCMR 电路开环情况下，差模放大倍数AVD与共模放大倍数 AVC之比。KCMR越大，运放性能越好。一般在80dB以上。 11、输出电压峰-峰值VOPP 放大器在空载情况下，最大不失真电压的峰-峰值。
集成运算放大器（简称集成运放）：直接耦合的高放大 倍数的线性集成电路。
二、集成运放产品分类简介
1. 通用型
通用型集成运放的特点是：最大差模输入电压和最大共 模输入电压大；输出有短路保护功能；电源电压适用范围 宽；不需外接补偿电容。如性能较好的CF741等。
2. 特殊型 特殊型集成运放的特点是突出某项性能指标。如：
对输出级的要求：主要提高带负载能力，给出足 够的输出电流io 。即输出阻抗 ro小。
集成运放的结构
（1）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二 级一般采用差动放大器。
（2）输入级常采用复合三极管或场效应管，以减 小输入电流，增加输入电阻。
（3）输出级采用互补对称式射极跟随器，以进行 功率放大，提高带负载的能力。
= 1 + 2(1+ 1 ) 1 2
集成运放内部结构（举例）
极
性
判 断
RC
–
RC T1 T2
第2级
RC3
T5 T6
+
E
RE2
+UCC
RE3
T7
T10
RE4 T8
RL
RE5
T9 T11
RC4
第1级：差动放大器 第3级：单管放大器
差动放大器
-UEE
第4级：互补对称射极跟随器
μA741集成运算放大器的偏置电路
集成电路的优点：体积小、重量轻、安装方便、功耗小、 工作可靠等。
集成电路的类型：以集成度即管子和元件数量可分为一百 以下的小规模集成电路；一百至一千个之间的中规模集成电路； 一千至十万个之间的大规模集成电路；十万以上的超大规模集 成电路。按所用器件又可分为双极型器件组成的双极型集成电 路；单极型器件组成的单极型集成电路；双极型器件和单极型 器件兼容组成的集成器件。此外，还有线性集成电路和数字集 成电路等。
12、静态功耗PD 电路输入端短路、输出端开路时所消耗的功率。
13、开环频宽BW
开环电压放大倍数随信号频率升高而下降3dB所对应 的频宽。以上参数可根据集成运放的型号，从产品说明 书等有关资料中查阅。
调零电位器
-12V
∞
U-
－
＋
U0
U+
＋
集成运放的电路图符号
二、集成运放原理框图：
与uo反相
反相 输入端
u–
同u相+
输入端
与uo同相
T1 T2
输
IS
入
级
+UCC
T4
T3
T5
uo
中
输
间
出
级
级 UEE
对输入级的要求：尽量减小零点漂移,尽量提高 KCMRR , 输入阻抗 ri 尽可能大。
对中间级的要求：足够大的电压放大倍数。
学习集成运算放大器
学习目的与要求
1. 了解和熟悉集成运算放大器的组成及其图符号； 2. 掌握集成运放的理想化条件及其分析方法； 3. 理解集成运放的线性应用及其工作原理； 4. 了解一般集成运放的简单非线性应用。
4.1 模拟集成电路的概念
集成电路：把晶体管、电阻、电容以及连接导线等集中 制造在一小块半导体基片上而形成具有电路功能的器件。
为减小IB， 提高输入电阻，T1、T2采用复合三极管
RC
uo
T1 T2
ui1
E
T3 R3 -UEE
+UCC
IC1 IC
RC ui2
IB 1
R1
IB2
IC =IC1+ IC2
IC2 2
IE
= 1 IB + 2(1+ 1 ) IB T4 = [1 + 2(1+ 1 ) ]IB R2 = IC / IB
4-3 理想集成运算放大器
一、 理想集成运算放大器的主要技术指标
1、开环电压放大倍数Au0
指集成运放工作在线性区，接入规定的负载，无负反馈情况下 的直流差模电压增益。集成运放的Au0一般很高，约为104～107；
2、差模输入电阻ri和输出电阻r0
集成运放的差动输入电阻很高，可高达几十千欧和几十兆欧； 由于运放总是工作在深度负反馈条件下，因此其闭环输出电阻很 低，约在几十欧至几百欧之间；
3、最大共模输入电压Uicmax
指运放两个输入端能承受的最大共模信号电压。超出这个电 压时，运放的输入级将不能正常工作或共模抑制比下降，甚至造成 器件损坏。
4、输入失调电压VIO 输入电压为零时，为了使放大器输出电压为零，在输入 端外加的补偿电压。一般为毫伏级。它表征电路输入部分不 对称的程度，VIO越小，运放性能越好。 5、输入失调电流IIO
输入电压为零时，为了使放大器输出电压为零，在输入 端外加的补偿电流。其值为两个输入端静态基极电流之差。
6、输入偏置电流IIB
输入电压为零时，两个输入端静态基极电流的平均值。 一般为微安数量级，IIB越小越好。
7、开环电压放大倍数AVO 电路开环情况下，输出电压与输入差模电压之比。AVO 越大，集成运放运算精度越高。一般中增益运放的AVO可 达105倍。
三、集成电路内部结构的特点：
1. 电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方 向一致，温度均一性好。
2. 电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到20千 欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代 替或外接。
3. 几十 pF 以下的小电容用PN结的结电容构成、 大电容要外接。
4. 二极管一般用三极管的发射结构成。