运放的应用实例和设计指南
运放的应用实例和设计指南
1.1运放的典型设计和应用1.1.1 运放的典型应用运放的基本分析方法：虚断，虚短。
对于不熟悉的运放应用电路，就使用该基本分析方法。
运放是用途广泛的器件，接入适当的反馈网络，可用作精密的交流和直流放大器、 有源滤波器、振荡器及电压比较器。
1）运放在有源滤波中的应用图5.2有源滤波上图是典型的有源滤波电路（赛伦 -凯 电路，是巴特沃兹电路的一种） 让大于截止频率的信号更快速的衰减，而且滤波特性对电容、电阻的要求不高。
该电路的设计要点是：在满足合适的截止频率的条件下，尽可能将R233和R230的阻值选一致，C50和C201的容量大小选取一致（两级 RC 电路的电阻、电容值相等时，叫赛伦凯电路） ，这 样就可以在满足滤波性能的情况下，将器件的种类归一化。
其中电阻R280是防止输入悬空，会导致运放输出异常。
滤波最常用的3种二阶有源低通滤波电路为 巴特沃兹，单调下降，曲线平坦最平滑；切比雪夫，迅速衰减，但通带中有纹波；贝塞尔（椭圆），相移与频率成正比，群延时基本是恒定。
2）运放在电压比较器中的应用。
有源滤波的好处是可以二阶有源低通滤波 电路的画法和截止频率+5VA+3.3V图5.3电压比较上图是典型信号转换电路，将输入的交流信号，通过比较器 LM393，将其转化为同频率的方波信号（存在反相，让软件处理一下就可以），该电路在交流信号测频中广泛使用。
该电路实际上是过零比较器和深度放大电路的结合。
将输出进行（1+R292/R273 ）倍的放大，放大倍数越高，方波的上升边缘越陡峭。
该电路中还有一个关键器件的阻值要注意，那就是 R275，R275决定了方波的上升速度。
3）恒流源电路的设计如图所示，恒流原理分析过程如下:U5B （上图中下边的运放）为电压跟随器，故 V1 V4；由运算放大器的虚短原理，对于运放 U4A （上图中上边的运放）有： V3 V5；而 V5 Vref-V4?R20R 20R 21 V 4 ；有以上等式组合运算得：V2 V1 Vref当参考电压 Vref 固定为1.8V 时，电阻R30为3.6 k ,电流恒定输出0.5mA 。
运放的运用
实验二 运算放大器的运用要求：设计用运算放大器构成反相放大器、同相放大器和电压跟随器（低通、高通和带通），测试三种电路的输入电阻、输出电阻、放大倍数和通频带。
一、电路的设计1.反相放大器（1）低通滤波图1（a ）是实用的反相低通滤波器电路，它使用通用运算放大器LM324接成单电源供电模式，简单易行。
图中C1为足够大的电容器，所谓足够大是指C1和R1的时间常数要远小于R2和C2的时间常数 ，图中为10uF 。
该电路通带内的电压放大倍数为R2/R2，若R1=R2则放大倍数为1。
该电路截止频率有R2,C2的时间常数决定，满足公式RC f c π21=。
可计算得截止频率 1.59KHZ 2122==C R f c π 电压放大倍数为1012==R R A v图1（a ）反相低通滤波电路低通滤波器电路的输入输出波形如图1（b ）所示，由图可知：该电路的放大倍数约为10倍，与理论算出的10=v A 相差不大，且为反相电路。
图1（b ）输入输出波形低通滤波器电路的幅频和相频特性曲线如图1（c ）所示，由图可知：该电路的截止频率c f 约为1.5kHZ ，与理论值 1.59kHZ =c f 相符合。
图1（c ） 反相低通幅频和相频特性曲线（2）高通滤波图2（a ）是实用的反相高通滤波器电路，它使用通用运算放大器（运放）接成单电源供电模式，简单易行。
该电路通带内的电压放大倍数为R1/R2，若R1=R2则放大倍数为1。
该电路截止频率有R2,C1的时间常数决定，满足公式RCf c π21=。
可计算得截止频率159.15HZ 2122==C R f c π 电压放大倍数为1012==R R A v图2（a ）反相高通滤波电路高通滤波器电路的输入输出波形如图1（b ）所示，由图可知：该电路的放大倍数约为10倍，与理论算出的10=v A 相差不大，且为反相电路。
图2（b ）输入输出波形高通滤波器电路的幅频和相频特性曲线如图2（c ）所示，由图可知：该电路的截止频率c f 约为150HZ ，与理论值159.15HZ =c f 相符合。
最全的运放典型应用电路
U& o
=
1−
R1 j ω0
U& i
ω
波 电 路
jωc U& + = U& −
ω o
=
1 RC
同
相
ui>uR uo=+Uo(sat)
比
ui=uR 转折点
较
ui<uR uo= - Uo(sat)
器
反
相
ui>uR uo=-Uo(sat)
比
ui=uR 转折点
较
ui<uR uo=+Uo(sat)
器
滞
回
u− = ui
RF
u+ = 0
u− = 0
ui + ui2 + ui3 = − uo
R1 R2 R3
RF
主要特征
uo
=
(1 +
RF R1
)ui
（电压串联负反馈）
uo
=
−
RF R1
ui
（电压并联负反馈）
uo
=
−RF
(
ui1 R1
+
ui2 R2
+
ui3 ) R3
u+
=
R3 R2 + R3
ui 2
u−
=
R1
1 +
R2
( R1uo
比 较
u+
=
R1 R1 + R2
uo
器
矩
形 波
u+
=
R1 R1 + R2
uo
T = 2RC ln(1 + 2R2 )
. 集成运放应用电路设计 360 例
. 集成运放应用电路设计 360 例《集成运放应用电路设计360例》一、引言在当今电子科技飞速发展的时代，集成运放应用电路设计已经成为了电子工程师们日常工作中不可或缺的一部分。
本文将从不同的角度对集成运放应用电路设计进行360例分析，帮助读者更全面、深入地了解这一重要主题。
二、集成运放的基本原理1. 什么是集成运放集成运放是一种集成电路芯片，内部含有多个传输管、电阻、电容、运算放大器等电子元件，具有高放大倍数、高输入阻抗和低输出阻抗等特点。
2. 集成运放的工作原理集成运放的工作原理是利用差分输入、负反馈和放大器的特性来实现对输入信号的放大、滤波、积分、微分等功能。
三、常见的集成运放应用电路1. 非反相放大电路在非反相放大电路中，输入信号经过集成运放放大后，输出信号与输入信号具有相同的极性。
2. 反相放大电路反相放大电路是集成运放应用电路中常见的一种，通过负反馈来实现对输入信号的放大。
3. 滤波电路集成运放在滤波电路中发挥着重要作用，实现对特定频率信号的滤波和衰减。
4. 比较器电路比较器电路利用集成运放的开环增益特性，将输入信号与基准电压进行比较，输出高低电平信号。
4. 信号调理电路信号调理电路利用集成运放对信号进行调理和处理，如放大、滤波、积分、微分等，常见于传感器和仪器仪表系统中。
五、集成运放应用电路设计的关键要点1. 电路设计的精度要求在集成运放应用电路设计中，精度是一个至关重要的要素，包括输入输出精度、电源电压滞后、温度漂移等。
2. 电路的稳定性稳定性是集成运放应用电路设计中需要考虑的另一个关键因素，包括电路的稳定性、抑制电路震荡、频率补偿等。
3. 电路的抗干扰能力在实际应用中，集成运放应用电路设计需要考虑电路的抗干扰能力，尤其是在噪声干扰严重的环境中。
4. 电路的功耗和热设计在电路设计中，功耗和热设计是需要综合考虑的因素，包括电路的功耗、温升、散热方式等。
六、集成运放应用电路设计的案例分析1. 温度传感器信号调理电路设计在温度传感器信号调理电路设计中，需要考虑到传感器的灵敏度、温度范围、线性化补偿等因素。
运算放大器在实际中的应用
运算放大器在实际中的应用广西大学电气工程学摘要：运算放大器是电路中一种重要的多端器件，一般运算放大器的作用是把输入电压或输入电流放大一定倍数之后再传送出去，如手机信号的放大。
运算放大器在计算器、电压比较器、双向振荡器及滤波器等仪器中起到重要作用。
关键词：运算放大器，放大信号，计算器，电压比较器，振荡器，滤波器。
The Application Of Operational Amplifiers In RealityAbstract:The operational amplifier is a kind of important multiterminal elements in the circuit. Generally, the function of operational amplifier is transferring out the Input voltage or input current after amplification must have multiple, Such as the amplification of Mobile phone signal.The operational amplifier plays an critical part in the machines like Calculators, Voltage comparator, Two-way oscillator, filter and so on.Keywords:Operational Amplifier, signal Amplification, Calculator, Voltage comparator, oscillator, filter.正文：运算放大器是具有很高放大倍数的电路单元，早期应用于模拟计算机中，用以实现数学运算，随着半导体技术的发展，现在大部分的运放是以单片的形式存在。
最全最详细的运放原理应用电路
最全最详细的运放原理应用电路运放（Operational Amplifier，简称Op Amp）是一种非常重要的电子器件，广泛应用于电子电路设计中。
它具有高增益、高输入阻抗、低输出阻抗等特点，可以在各种电子设备中实现信号放大、滤波、比较、积分等功能。
本文将详细介绍运放的原理和应用电路。
一、运放的基本原理1.1运放的结构运放通常由差动放大器和输出放大器组成。
其中差动放大器用于将输入信号转换为差分电压，而输出放大器则将差分电压放大并输出。
1.2运放的输入输出特性运放的输入特性包括输入偏置电流、输入偏置电压、共模抑制比等。
其中输入偏置电流指的是差动输入端的电流，输入偏置电压指的是差动输入端的电压。
共模抑制比指的是当差模输入信号发生变化时，运放输出信号的变化电压与共模输入信号变化电压之比。
1.3运放的增益特性运放的增益特性包括电压增益和带宽增益积。
电压增益指的是运放的输出电压与输入电压之比，带宽增益积指的是运放的增益与带宽的乘积。
二、运放的应用电路2.1运算放大器运算放大器（Operational Amplifier，简称Op Amp）是最常见的运放应用电路之一、它通常由一个差动放大器和一个输出放大器组成。
运算放大器广泛应用于电压跟随器、反馈放大器、积分器等电路中。
2.2电压跟随器电压跟随器（Voltage Follower）是一种基本的运放应用电路。
它的输入和输出电压之间没有放大倍数，但输出电压完全跟随输入电压。
电压跟随器的作用是提供电流放大和电压驱动能力，常用于电压缓冲和两个电路级之间的接口。
2.3反馈放大器反馈放大器是运放常见的应用之一，广泛用于电子设备中。
它通过将一部分输出信号反馈到输入端，从而提高整体的增益稳定性、抑制非线性失真等。
常见的反馈电路包括电压反馈、电流反馈和功率反馈等。
2.4积分器积分器是一种将输入信号连续积分的电路。
它通过将输入信号与电容器相接，使得输入信号在电容器上产生积分的效果。
运算放大器的应用
运算放大器的应用1. 什么是运算放大器运算放大器（Operational Amplifier，简称OP-AMP）是一种集成电路，具有高增益、输入阻抗大、输出阻抗小的特点。
它是现代电子电路设计中最重要的模拟集成电路之一，广泛应用于各种电子设备和系统中。
运算放大器通常由差分级、电压放大级和输出级组成。
其输入具有正、负两个端口，输出为单端口，并提供了电源引脚。
它能够对输入信号进行放大、滤波、求和、积分、微分等运算，因此被称为运算放大器。
2. 运算放大器的基本原理运算放大器的基本原理是根据反馈原理进行不同运算。
在运算放大器的标准运算模式中，通常将负反馈应用于放大电路中，以提高放大器的稳定性和线性度。
运算放大器的负反馈电路将一部分输出信号通过反馈电阻或电容返回到放大器的输入端，从而减小放大器的增益。
根据反馈电路的选择和连接方式，运算放大器可以实现不同的功能，如比例放大、求和、积分、微分、滤波等。
3. 运算放大器的应用领域3.1 比例放大电路运算放大器广泛应用于比例放大电路中，可以将输入信号的幅值放大到所需的范围。
比例放大电路常用于测量、控制和通信系统中，如传感器信号放大、功率放大、电压放大等。
3.2 求和电路运算放大器可用于实现多个输入信号的求和功能。
通过将多个输入信号连接到运算放大器的反馈电阻上，可以将多个信号进行加和，得到它们的总和。
求和电路常用于音频混音、数据采集、测量等领域。
3.3 积分与微分电路运算放大器也可以实现信号的积分和微分。
通过将电容连接到运算放大器的输入端和反馈电容上，可以实现对信号的积分或微分运算。
积分与微分电路常用于信号处理、滤波、模拟计算等应用中。
3.4 滤波电路运算放大器可用于设计各种滤波电路，如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等。
滤波电路常用于信号处理、音频处理、功率放大等领域，可以对信号的频谱进行调整和改善。
3.5 控制电路运算放大器还可用于控制电路中。
通过将反馈信号与参考信号进行比较，可以实现控制电路的调节和反馈控制。
运放的应用实例和设计指南讲课教案
运放的应用实例和设计指南1.1 运放的典型设计和应用1.1.1 运放的典型应用运放的基本分析方法：虚断，虚短。
对于不熟悉的运放应用电路，就使用该基本分析方法。
运放是用途广泛的器件，接入适当的反馈网络，可用作精密的交流和直流放大器、有源滤波器、振荡器及电压比较器。
1) 运放在有源滤波中的应用图5.2 有源滤波上图是典型的有源滤波电路（赛伦-凯电路，是巴特沃兹电路的一种）。
有源滤波的好处是可以让大于截止频率的信号更快速的衰减，而且滤波特性对电容、电阻的要求不高。
该电路的设计要点是：在满足合适的截止频率的条件下，尽可能将R233和R230的阻值选一致，C50和C201的容量大小选取一致（两级RC电路的电阻、电容值相等时，叫赛伦凯电路），这样就可以在满足滤波性能的情况下，将器件的种类归一化。
其中电阻R280是防止输入悬空，会导致运放输出异常。
滤波最常用的3种二阶有源低通滤波电路为巴特沃兹，单调下降，曲线平坦最平滑；切比雪夫，迅速衰减，但通带中有纹波；贝塞尔（椭圆），相移与频率成正比，群延时基本是恒定。
二阶有源低通滤波电路的画法和截止频率2) 运放在电压比较器中的应用图5.3 电压比较上图是典型信号转换电路，将输入的交流信号，通过比较器LM393，将其转化为同频率的方波信号（存在反相，让软件处理一下就可以），该电路在交流信号测频中广泛使用。
该电路实际上是过零比较器和深度放大电路的结合。
将输出进行（1+R292/R273）倍的放大，放大倍数越高，方波的上升边缘越陡峭。
该电路中还有一个关键器件的阻值要注意，那就是R275，R275决定了方波的上升速度。
3) 恒流源电路的设计如图所示，恒流原理分析过程如下：U5B （上图中下边的运放）为电压跟随器，故V4 V1=;由运算放大器的虚短原理，对于运放U4A （上图中上边的运放）有： V5 V3=； 而()4212020V4-Vref V5V R R R ++•=；()01918190-V2 V3++•=R R R ;有以上等式组合运算得：Vref V1 V2=-当参考电压Vref 固定为1.8V 时，电阻R30为3.6Ωk ,电流恒定输出0.5mA 。
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1.1运放的典型设计和应用
1.1.1运放的典型应用
运放的基本分析方法：虚断，虚短。
对于不熟悉的运放应用电路，就使用该基本分析方法。
运放是用途广泛的器件，接入适当的反馈网络，可用作精密的交流和直流放大器、有源滤波器、振荡器及电压比较器。
1) 运放在有源滤波中的应用
图有源滤波
上图是典型的有源滤波电路（赛伦-凯电路，是巴特沃兹电路的一种）。
有源滤波的好处是可以让大于截止频率的信号更快速的衰减，而且滤波特性对电容、电阻的要求不高。
该电路的设计要点是：在满足合适的截止频率的条件下，尽可能将R233和R230的阻值选一致，C50和C201的容量大小选取一致（两级RC电路的电阻、电容值相等时，叫赛伦凯电路），这样就可以在满足滤波性能的情况下，将器件的种类归一化。
其中电阻R280是防止输入悬空，会导致运放输出异常。
滤波最常用的3种二阶有源低通滤波电路为
巴特沃兹，单调下降，曲线平坦最平滑；
切比雪夫，迅速衰减，但通带中有纹波；
贝塞尔（椭圆），相移与频率成正比，群延时基本是恒定。
二阶有源低通滤波
电路的画法和截止频率
2) 运放在电压比较器中的应用
R785K1
ACH_BF1
FREN1
U85PS2801-1
1
2
4
3
R273
1K
R274
1K C213
22nF
FREN1
R292
200K
-
+
U87B
LM393DR2G
5
6
7
R275
1K
图电压比较
上图是典型信号转换电路，将输入的交流信号，通过比较器LM393，将其转化为同频率的方波信号（存在反相，让软件处理一下就可以），该电路在交流信号测频中广泛使用。
该电路实际上是过零比较器和深度放大电路的结合。
将输出进行（1+R292/R273）倍的放大，放大倍数越高，方波的上升边缘越陡峭。
该电路中还有一个关键器件的阻值要注意，那就是R275，R275决定了方波的上升速度。
3) 恒流源电路的设计
如图所示，恒流原理分析过程如下：
U5B（上图中下边的运放）为电压跟随器，故V4
V1=;
由运算放大器的虚短原理，对于运放U4A（上图中上边的运放）有：V5
V3=；
而 ()
421
2020
V4-Vref V5V R R R ++•
=；
()019
1819
0-V2 V3++•=R R R ;
有以上等式组合运算得：Vref V1 V2=-
当参考电压Vref 固定为时，电阻R30为Ωk ,电流恒定输出。
该恒流源电路可以设计出其他电流的恒流源，其基本思路就是：所有的电阻都需要采用高精度电阻，且阻值一致，用输入的参考电压（用专门的参考电压芯片）比上阻值，就是获得的输出电流。
但在实际使用中，为了保护恒流源电路，一般会在输出端串一只二极管和一只电阻，这样做的好处第一是防止外界的干扰会进入恒流源电路，导致恒流源电路的损坏，二是可以防止外界负载短路时，不至于对恒流源电路造成损坏。
4) 整流电路中的应用
图整流电路
上述电路是一个整流电路，将输入的一定频率的脉冲整流成固定的电平电压，再用此电压控制4-20mA电流的输出电流。
该电路功能类似一些DAC功能的接口。
5）热电阻测量电路
C31
图热电阻测量电路
上图的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量精度的影响，当然，如果在一些低成本场合，上述电路图可简化为下电路
图热电阻测量简化电路
6）电压跟随器
在运放的使用中，电压跟随器是一种常见的应用，该电路的好处是：一是减小负载对信号源的影响；二是提高信号带负载的能力。
R65
5K1
R64
5K1
图电压跟随器
上图是运用运放实现了电阻分压的功能，首先用电阻获得需要输出的电压，然后用运放对该电压进行跟随，提高其输出能力。
7）单电源的应用
在运放的实际使用，我们一般为了保持运放的频率特性，一般都采用双电源供电，但有的时候在实际使用，我们只有单电源的情况，也能实现运放的正常工作。
首先我们运用运放跟随电路，实现一个VCC/2的分压:
R655K1
R645K1
图 分压电路
当然，如果在要求不是很高的场合，我们可以直接电阻分压，获得+VCC/2，但由于电阻分压的特性所在，其动态的响应速度会非常慢，请谨慎使用。
获得+VCC/2后，我们可以用单电源实现信号放大功能，如下图：
图 单电源的应用
该电路中 R66=R67//R68， 信号的输出增益G=-R67/R68 。
具体应用如下图
运放为单+5V_AD 供电，AD 芯片的电压是（基准电压芯片REF3033得到），该再电阻分压和经过运放跟随后得到，给到运放的同相输入端
图单电源差分输入并放大的应用1.1.2运放的应用要点
运放单电源供电工作的运放一定要加直流偏置（如图中的），否则运放无法工作．运放
普通运放不能直接驱动容性负载，若驱动容性负载，必须用电容进行相位补
偿或输出串电阻再接负载．
运放
同向放大器的输入端一定要对地加偏置电阻作为直流通路．
上图为典型的同相放大器。
其中，同相输入端的对地电阻R2有两个作用。
第一个作用是通过电阻R2给运放的同相输入端提供一个对地的直流通路，使得运放内部与同相输
入端相连的基极通过电阻R2与负电源构成回路以形成基极电流（参见下图）；。
R2的第二个作用是要保证运放的同相输入端和反相输入端的外电路的对称性，或者静态参数的对称性，以充分保证运放差分放大器形式的输入级的共模抑制能力，故应满足R2=R1∥R f。
运放对外接口的运放输入端，要在正负输入管脚并联一个TVS管，防止运放因为输入信号电压过大产生极性反转，形成寄生假信号输出。
运放增益10倍以上的放大器电路,要注意控制运放的GWB带宽增益积，防止器件自激。
运放单电源运放使用中，+Vcc/2虚地点设计除了直流电位要注意稳压(最好选用基准电压芯片输出该值)外，还要确保低阻抗的交流退耦，即对地并联至少10uF以上的低频退耦和以下的高频退耦。
运放带功率的运放的输出端要对电源和地线使用开关二极管进行钳位保护，尤其是挂接感性负载时。
运放在使用多路运放处理多路信号时需要注意，防止其中某一路信号的瞬时变化对另一路信号产生串扰，所以，设计时建议不要用一个运放处理多路信号，尽可能一路信号一个运放处理。
运放运放芯片基本上都是ESD敏感器件，运用时注意。
运放未使用的运放（多路运放中多余的通道）的引脚不应该悬空，也不应该将输入接地或接正负电源。
建议将它接成跟随器的形式（输出接到反相输入），并将同相输入端连接到电源轨之间的某个电位（双电源系统的地，或电路中任何电位合适的点）。
也可以将它用作缓冲放大器，把它加在系统中某个并不是很需要也没有危害的地方。
2附录
参考文献
《模拟电子技术基础》童诗白主编
《电子技术》许泽鹏主编。