集成运算放大器及其基本应用电路
第11章 集成运算放大器及其应用
上式表明，差动放大电路的差模电压放大倍数和 单管放大电路的电压放大倍数相同。多用一个放大管 后，虽然电压放大倍数没有增加，但是换来了对零漂 的抑制。这正是差动放大电路的优点。
差动放大电路对共模输入信号的放大倍数叫做共 模电压放大倍数，用Auc表示，可以推出，当输入共 模信号时，Auc为
Au c u o u C1 u C 2 0 0 ui c ui1 ui1
由于集成运放的电压放大倍数Ao d和输入电阻Ri d 都非常大（理想情况下，两者约等于∞），于是可以 推得 u u
i i 0
注意：“虚短”和“虚断”是理想运放工作在线 性区时的两个重要特点。这两个特点常常作为今后分 析运放应用电路的出发点，因此必须牢固掌握。
（2）集成运放工作在非线性区的特性 如果运放的工作信号超出了线性放大范围，则输 出电压与输入电压不再满足式（11-1），即uo不再随 差模输入电压（u+ - u -）线性增长，uo将达到饱和。 此时集成运放的输出电压uo只有两种取值：或等于运 放的正向最大输出电压+UOM，或等于其负向最大输 出电压-UOM，具体为 当u + ＞u - 时，uo = +UOM 当u + ＜u - 时，uo = -UOM 另外，因为集成运放的输入电阻Ri d很大，故在 非线性区仍满足输入电流等于零，即式（11-3）对非 线性工作区仍然成立。
有时，为了简化起见，常常不把恒流源式差动放 大电路中恒流管T3的具体电路画出，而采用一个简化 的恒流源符号来表示，如图11-7所示。
二、输出级——功率放大电路 集成运放的输出级是向负载提供一定的功率，属 于功率放大，一般采用互补对称的功率放大电路。 1. 功率放大电路的特点 （1）因为信号的幅度放大在前置电路中已经完成， 所以功率放大电路对电压放大倍数并无要求。由于射 极输出器的输出电流较大，能使负载获得较大输出功 率，并且它的输出电阻小，带负载能力强，因此通常 采用射极输出器作为基本的功率放大电路。不过单个 的射极输出器对信号正负半周的跟随能力不同，在实 用的功率放大电路中大多采用双管的互补对称电路形 式。
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。
实验三集成运算放大器的基本应用
实验三 集成运算放大器的基本应用—— 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、实验仪器1．双踪示波器2．万用表3．交流毫伏表三、实验原理在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数、指数等模拟运算电路。
1）反相比例运算电路电路如图11-1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 R U 1-= （11-1）图11-1 反相比例运算电路为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11-2 反相加法运算电路电路如图11-2所示，输出电压与输入电压之间的关系为)(2211i F i F O U R R U R R U +-= R 3=R 1∥R 2∥R F （11-2） 3）同相比例运算电路图11-3（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 )1(1+= R 2=R 1∥R F （11-3） 当R1→∞时，U O =U i ，即得到如图11-3（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。
图11-3 同相比例运算电路4）差动放大电路(减法器)对于图11-4所示的减法运算电路，当R1=R2，R3=RF 时，有如下关系式：)(1120i i U U R RF U -= （11-4）图11-4 减法运算电路 5）积分运算电路反相积分电路如图11-5所示。
在理想化条件下，输出电压U 0等于⎰+-=t C i U dt U RCt U 00)0(1)( （11-5）式中U C (0)是t=0时刻电容C 两端的电压值，即初始值。
图11-5 积分运算电路如果Ui(t)是幅值为E 的阶跃电压，并设UC(0)=0，则⎰-=-=t t RCE Edt RC t U 001)( （11-6） 此时显然RC 的数值越大，达到给定的U0值所需的时间就越长，改变R 或C 的值积分波形也不同。
集成运算放大器的基本应用实验数据
集成运算放大器的基本应用实验数据集成运算放大器（OP-AMP）是当今电子技术领域中应用最广泛的一种基本器件。
在电子电路设计和实验中，OP-AMP的应用是非常普遍的。
本文将深入探讨集成运算放大器的基本应用实验数据，以便读者能够更全面、深刻地理解这一主题。
1. 理论基础在开始实验之前，我们首先需要了解集成运算放大器的基本理论知识。
集成运算放大器是一种电压增益非常高的差分放大器，具有开环增益和输入阻抗非常大的特点。
在实际应用中，我们通常将集成运算放大器配置为反馈放大电路，以实现各种电路功能，如放大、滤波、积分、微分等。
2. 实验准备在进行集成运算放大器的基本应用实验之前，我们需要准备一些基本的电子器件和实验仪器，例如集成运算放大器芯片、电阻、电容、信号发生器、示波器等。
另外，我们还需要准备一些基本的实验电路板和连接线，以便进行电路连接和测量。
3. 实验一：集成运算放大器的非反相放大电路我们首先将集成运算放大器配置为非反相放大电路，并使用信号发生器输入一个正弦波信号。
通过调节输入信号的幅值和频率，我们可以测量输出信号的幅值和相位。
通过实验数据的测量和分析，我们可以验证非反相放大电路的放大倍数和相位特性。
4. 实验二：集成运算放大器的反相放大电路接下来，我们将集成运算放大器配置为反相放大电路，并使用信号发生器输入一个正弦波信号。
同样地，通过调节输入信号的幅值和频率，我们可以测量输出信号的幅值和相位。
通过实验数据的测量和分析，我们可以验证反相放大电路的放大倍数和相位特性。
5. 实验三：集成运算放大器的积分电路我们将集成运算放大器配置为积分电路，并输入一个方波信号。
通过测量输入和输出信号的波形，我们可以验证积分电路的积分特性。
通过实验数据的测量和分析，我们可以验证积分电路的频率特性和相位特性。
通过以上实验数据的测量和分析，我们可以得出结论：集成运算放大器在非反相放大、反相放大和积分电路中的性能和特性。
我们还可以深入讨论集成运算放大器的应用范围和设计技巧，以便读者能够更全面、深刻地理解集成运算放大器的基本应用实验数据。
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。
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
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。
集成运算放大器电路分析及应用(完整电子教案)
集成运算放大器电路分析及应用（完整电子教案）3.1 集成运算放大器认识与基本应用在太阳能充放电保护电路中要利用集成运算放大器LM317 实现电路电压检测，并通过三极管开关电路实现电路的控制。
首先来看下集成运算放大器的工作原理。
【项目任务】测试如下图所示，分别测量该电路的输出情况，并分析电压放大倍数。
信息单】集成运放的实物如图3.2 所示。
图3.2 集成运算放大1. 集成运放的组成及其符号各种集成运算放大器的基本结构相似，主要都是由输入级、中间级和输出级以及偏置电路组成，如图3.3 所示。
输入级一般由可以抑制零点漂移的差动放大电路组成；中间级的作用是获得较大的电压放大倍数，可以由共射极电路承担；输出级要求有较强的带负载能力，一般采用射极跟随器；偏置电路的作用是为各级电路供给合理的偏置电流。
图3.3 集成运算放大电路的结构组成集成运放的图形和文字符号如图3.4 所示。
图3.4 集成运放的图形和文字符号其中“ -”称为反相输入端，即当信号在该端进入时，输出相位与输入相位相反；而“+”称为同相输入端，输出相位与输入信号相位相同。
2. 集成运放的基本技术指标集成运放的基本技术指标如下。
⑴输入失调电压U OS实际的集成运放难以做到差动输入级完全对称，当输入电压为零时，输出电压并不为零。
规定在室温(25℃ )及标准电源电压下，为了使输出电压为零，需在集成运放的两输入端额外附加补偿电压，称之为输入失调电压U OS，U OS 越小越好，一般约为0.5～5mV 。
⑵开环差模电压放大倍数A od集成运放在开环时(无外加反馈时)，输出电压与输入差模信号的电压之比称为开环差模电压放大倍数A od。
它是决定运放运算精度的重要因素，常用分贝(dB) 表示，目前最高值可达140dB(即开环电压放大倍数达107)。
⑶共模抑制比K CMRRK CMRR 是差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，即K CMRR = A A od，其含义与差动放大器中所定义的K CMRR 相同，高质量的运放K CMRR 可达160dB 。
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
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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。
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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
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
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(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。
《模拟电子技术基础》第6章 集成运算放大器
RF R RF [ R1 (R2 // R ')uI1 R2 (R1 // R ')uI2 ] RF R R1 R1 (R2 // R ') R2 R2 (R1 // R ')
RF Rn
( RP R1
uI1
RP R2
uI2 )
当 R1 R2 R Rp Rn
uO
RF R
(uI1
uI2 )
t /ms
-2
0
-2
12 34 5
t /ms
uO /V
uO /V
12345 0 -1
t /ms
12345
0
t /ms
-2
-1
-2
输入方波不完全对称，导致输出偏移，以致饱和。 旁路电阻只对直流信号起作用，对交流信号影响要尽量小。
积分电路应采用失调电压、偏置电流和失调电流较小的运放，并在同相输 入端接入可调平衡电阻；选用泄漏电流小的电容，可以减少积分电容的漏电流 产生的积分误差。
iR
iD
uI R
uO uD
由二极管的伏安特性方程：
uo
iD
ISexp
uD UT
对数运算电路
uO
UTln
iD IS
U T ln
uI RI S
只有uI>0时，此对数函数关系才成立。
6.6 对数和指数运算电路
6.6.2 指数运算电路
将对数运算电路中的二极管VD和电阻R互换，可得指数运算电路。
uP
A
uN
uO
UoM 非线性区
uo
+Uom
uO
O
uId =uP -uN
非线性区 uId
非线性区 0
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
第三章 差动放大电路及集成运算放大器 第三节集成运算放大器及其应用
差动放大电路及集成运算放大器
3.3.3.4 差模输入电阻rid
是指运放在输入差模信号时的输入电阻。对信号源来说，
差模输入电阻rid的值越大，对其影响越小。理想运放的rid
为无穷大。
3.3.3.5 开环输出电阻ro
运放在开环状态且负载开路时的输出电阻。其数值越小，
带负载的能力越强。理想运放的ro = 0。
i11
ui1 R11
；i12
ui 2 R12
该参数表示运放两个输入端之间所能承受的最大差模电 压值，输入电压超过该值时，差动放大电路的对管中某侧的 三极管发射结会出现反向击穿，损坏运放电路。运放μA741 的最大差模输入电压为30V。
差动放大电路及集成运算放大器
3.3.3.2 最大共模输入电压Uicmax
这是指运算放大器输入端能承受的最大共模输入电压。 当运放输入端所加的共模电压超过一定幅度时，放大管将退 出放大区，使运放失去差模放大的能力，共模抑制比明显下 降。运放μA741在电源电压为±15V时，输入共模电压应在 ±13V以内。
如果输入信号从同相输入端引入，运放电路就成了同相 比例运算放大电路。如图3-20所示。根据理想运算放大器的 特性：u u ui i1 i f 得：
i1
u R1
ui R1
if
u uo RF
ui uo RF
因而: uo
1
RF R1
ui
Auf
uo ui
1
RF R1
差动放大电路及集成运算放大器
该电路的反馈类型为串联电.3.4.3 反相加法器 如果在反相输入比例运算电路的输入端增加若干输入支
路，就构成反相加法运算电路，也称求和电路，如图3-22所 示。
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。
集成运算放大器的应用基础
U R1
2.电压放大倍数
由图5-16可见R1和Rf组成分压器，反馈电压
Uf＝Uo
R1 R f R1
由于Ui＝Uf，则
Ui＝Uo
R1 R f R1
或Uo＝
R1 R f R1
Ui＝（1+
Rf R1
）Ui
由上式可得电压放大倍数
Rf Uo Auf＝ ＝1+ R1 Ui
上式表明：同相输入放大电路中输出 电压与输入电压的相位相同，大小成比 例关系，比例系数（1+）。 在图5-16中如果把 Rf 短路（ Rf＝0）， 把 R1 断开（ R1→∞），则 Auf＝1。即输入 信号Ui和输出信号Uo大小相等，相位相同。
由于集成运放的差模输入电阻 Rid→∞,输入 偏置电流IB≈0，不向外部索取电流，因此两输 入端电流为零。即Ii-＝Ii＋＝0，这就是说，集 成运放工作在线性区时，两输入端均无电流， 称为“虚断”。 由于理想运放开环电压放大倍数为无穷大， 最大输出电压UO＝Aud（U＋－U-）为一有限值， 所以两输入端电位近似相同，即U-＝U＋。由此 可见，集成运放工作在线性区时，两输入端电 位相等，称为“虚短”。
三、运算放大器的基本电路
（一）反相输入放大电路 （二）同相输入放大电路
（一）反相输入放大电路
1．“虚地”的概念
2．电压放大倍数 3.输入电阻，输出电阻
图5-15所示为反相输入放大电路， 输入信号经R1加到反相输入端，Rf为反馈 电阻，经Rf把输出信号电压Uo反馈到反相 端，构成深度电压并联负反馈。
3.输入电阻、输出电阻
由于采用了深度电压串联负反馈，该 电路具有很高的输入电阻和很低的输出 电阻。(Rif→∞，Ro→0)。这是同相输入 式放大电路的重要特点。
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uo
三运放电路
ui1 +
∞
A + R a
uo1 R1 – + R1 uo2 R2
∞
– ui2 +
∞
A +
RW b R
A +
uo
R2
ui1
+
∞
A + R a
虚短路: 虚短路: uo1
ua = ui1
虚开路: 虚开路:
ub = ui 2
– ui2 +
∞
A +
RW b R uo2
uo1 uo 2 u a ub = 2 R + RW RW
vN vP
+
v0
AVD : 开环差模增益 AVD > 0
2. 理想运算放大器 (1) 高增益 AV = ∞ (2) 失调小 Ri = ∞ (3) 恒压输出 RO = 0 (4) 频带宽 BW = ∞ (5) 零输入零输出 VP=VN时 VO=0 (6) 没有温度漂移 KCMR = ∞ 3. 输入级的选择 (1) 直接耦合 (2) 零点漂移问题 (3) 差动输入级的优点: 差动输入级的优点: –抑制零点漂移; 抑制零点漂移; 抑制零点漂移 –输入失调小; 输入失调小; 输入失调小 –输入阻抗高. 输入阻抗高. 输入阻抗高
二,同相求和运算
R1 + RF
∞
ui1 ui2
R21 R22
uo
+
R1 // RF = R21 // R22
实际应用时可适当增加或减少输入端的个数, 实际应用时可适当增加或减少输入端的个数, 以适应不同的需要. 以适应不同的需要.
R1 R21 R22 -
RF
∞
u+ 与 ui1 和 ui2 uo 的关系如何? 的关系如何? 此电路如果以 u+ 为输入 , 则输出为: 则输出为:
t t
二,积分运算
iF ui i1 R R2 应用举例1 应用举例1:
C
- ∞ + +
duo iF = C dt
uo ui
0
ui i1 = R
1 uo = ∫ ui dt RC
t
输入方波,输出是三角波. 输入方波,输出是三角波.
uo
0
t
集成运放(OPA) (OPA)的主要参数 4.2 集成运放(OPA)的主要参数
五类: 输入失调参数 五类: 开环差模参数 开环共模参数 大信号特性参数 电源特性参数 1.输入失调参数 输入失调参数 是限制运放能够检测微弱信号最小值的主要因素. 是限制运放能够检测微弱信号最小值的主要因素. (1) 输入失调电压VIO与温漂 IO/dT 输入失调电压 与温漂dV VIO----dVIO/dT----(2) 输入失调电流 IO与温漂 IO/dT 输入失调电流I 与温漂dI IIO =IBP-IBN dIIO/dT----(3) 输入偏置电流 IB 输入偏置电流I IIB = (IBN+IBP〕/ 2
注意:同相求和电路的各输入信号的放大倍数互相影响, 注意:同相求和电路的各输入信号的放大倍数互相影响,不能 单独调整. 单独调整.
R1 R21 R22 -
RF
∞
ui1 ui2
+ R
+
uo
左图也是同相求和运算 电路, 电路,如何求同相输入 端的电位? 端的电位?
提示: 提示: 1. 虚开路:流入同相端的 虚开路: 电流为0. 电流为 . 2. 节点电位法求 +. 节点电位法求u
uo i1= i2
虚开路 虚短路
_ ∞ + +
虚开路
ui uo = R1 R2
uo R2 A = = u u1 R 1
i2 i1 ui R1 RP
R2
_ ∞ + +
2. 电路的输入电阻 ri=R1 uo RP =R1 // R2
为保证一定的输入 电阻, 电阻,当放大倍数 大时,需增大R 大时,需增大 2,
dvO ( t ) SR = dt
max
(2) 全功率带宽 全功率带宽BWP 定义: 是在额定负载和全功率输出(Vom)时最大不失真频率. 定义 是在额定负载和全功率输出(
dvO ( t ) dt
max
V = ω om
ω om < S R V
ω< S R / Vom
SR BWP = 2π om V
5. 传输特性(差放特性) 传输特性(差放特性) (1)静态 vID=0 ; vO=0 零入零出 (2)放大区 线性区) (线性区)窄!
线性应用
VOL/AVD<VID<VOH/AVD
v0 v0H 正向饱和区 vP-vN v0L
0
负向饱和区
(3)限幅区
VOH vo = 正向饱和 非线性应用
线性区
VOL 负向饱和
电位为0 电位为0,虚地
反相比例电路的特点: 反相比例电路的特点: 1. 共模输入电压为 ,因此对运放的共模抑制比 共模输入电压为0, 要求低. 要求低. 2. 由于电压负反馈的作用,输出电阻小,可认 由于电压负反馈的作用,输出电阻小, 为是0,因此带负载能力强. 为是 ,因此带负载能力强. 3. 由于并联负反馈的作用,输入电阻小,因此 由于并联负反馈的作用,输入电阻小, 对输入电流有一定的要求. 对输入电流有一定的要求.
ui1 ui2
+
+
RF u o = (1 + )u + R1
流入运放输入端的电流为0(虚开路) 流入运放输入端的电流为 (虚开路)
R22 R21 u+ = u i1 + ui 2 R 21 + R22 R21 + R22
RF R R 12 11 uo = (1+ )( ui1 + ui 2 ) R R +R R +R 1 11 12 11 12
第4章 集成运算放大器及其基本应用电路 章
4.1 基本概念
1.什么是集成运放 Operation Amplifier (OPA) 多级,直接耦合,高增益集成电路. 多级,直接耦合,高增益集成电路. +:同相输入端 +:同相输入端 -:反相输入端 -:反相输入端
AVD( VP - VN ) vo= -AVD( VN - VP )
2. 差模特性参数 AvD(开环 ,Rid,fH,VIDM,BWG(单位增益带宽 开环), 单位增益带宽) 开环 单位增益带宽 3. 共模特性参数 KCMR,Ric,VICM 4. 大信号特性参数 (1) 转换速率 R(摆率) 转换速率S 摆率) 定义: 是运放在大信号或高频信号工作时的一项重要指标. 定义 是运放在大信号或高频信号工作时的一项重要指标.
三,单运放的加减运算电路
ui1 ui2 ui3 ui4 R1 R2 R3 R4 R5 ∞ + + R6
_
uo
R1 // R2 // R5 = R3 // R4 // R6
实际应用时可适当增加或减少输入端的个数, 实际应用时可适当增加或减少输入端的个数, 以适应不同的需要. 以适应不同的需要.
单运放的加减运算电路的特例:差动放大器 单运放的加减运算电路的特例: R2
uo2 uo1 =
ui1 ui 2 = RW
2R + RW (ui2 ui1) RW
uo1 R1 – + R1 R2
∞
三运放电路是差 动放大器, 动放大器,放大 倍数可变. 倍数可变. uo 由于输入均在同 相端, 相端,此电路的 输入电阻高. 输入电阻高.
A +
uo2
R2
R2 uo = (uo 2 uo1 ) R1
二,同相比例运算电路
R2
虚短路
u-= u+= ui
uo
虚开路 虚开路
_ ui = R2 R1
+ 结构特点: 结构特点:负反馈引到反 相输入端,信号从同相端 相输入端, 输入. 输入.
反馈方式:电压串联负反馈.输入电阻高. 反馈方式:电压串联负反馈.输入电阻高.
R2 uo = (1 + )ui R1
uo R2 Au = =1+ u1 R1
同相比例电路的特点: 同相比例电路的特点: 1. 由于电压负反馈的作用,输出电阻小,可认 由于电压负反馈的作用,输出电阻小, 为是0,因此带负载能力强. 为是 ,因此带负载能力强. 2. 由于串联负反馈的作用,输入电阻大. 由于串联负反馈的作用,输入电阻大. 3. 共模输入电压为 i,因此对运放的共模抑制比 共模输入电压为u 要求高. 要求高.
R2
u+ = u = 0
i11 + i12 = iF
uo
i11
ui2
R12
∞ +
i12
R2 R2 uo = ( ui1 + ui2 ) R11 R12
调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻, 调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻,不影 响输入电压和输出电压的比例关系,调节方便. 响输入电压和输出电压的比例关系,调节方便.
三,电压跟随器
_ ui
∞ +
uo
结构特点: 结构特点:输出电压全 部引到反相输入端, 部引到反相输入端,信 号从同相端输入. 号从同相端输入.电压 跟随器是同相比例运算 跟随器是同相比例运算 放大器的特例. 放大器的特例.
+
此电路是电压并联负反馈,输入电阻大, 此电路是电压并联负反馈,输入电阻大,输 出电阻小, 出电阻小,在电路中作用与分离元件的射极输出 器相同,但是电压跟随性能好. 器相同,但是电压跟随性能好.
uo = A ( u+ u ) 虚短路 o