集成电路运算放大器及应用
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。
第二章_集成运算放大器
集成运算放大器
由图2-7可得：
i1
ui
u R1
ui R1
if
u uo RF
uo RF
由此得出：uo
RF R1
ui
该电路的闭环电压放大倍
数为：
Auf
uo ui
RF R1
图2-7 反相比例运算电路
集成运算放大器
电阻。如采用恒流源代替Rc,一般的中间放大级的电压增益
可达到60dB以上。
第三部分为输出级。其主要任务是输出足够大的电流， 能提高带负载能力。所以该级应具有很低的输出电阻和很高 的输入电阻，一般采用射极输出器的方式。
集成运算放大器
2.2 外形与符号 集成运放的外形有圆形、扁平形和双列直插式三种，如
开环是指运放未加反馈回路时的状态，开环状态下的差
模电压增益叫开环差模电压增益Aud。Aud＝uod/uid。用分贝表 示 则 是 2 0 lg｜Aud｜(dB)。 高 增 益 的 运 算 放 大 器 的 Aud 可 达 140dB以上，即一千万倍以上。理想运放的Ａud为无穷大。
集成运算放大器
4. 差模输入电阻rid
数为1，这时就成了电压跟随器，如图2-9所示。其输入电阻 为无穷大，对信号源几乎无任何影响。输出电阻为零，为一 理想恒压源，所以带负载能力特别强。它比射极输出器的跟 随效果好得多，可以作为各种电路的输入级、中间级和缓冲 级等。
该电路的反馈类型为串联电压负反馈。
集成运算放大器
同相输入比例运算放大电路主要工作特点：
uo Au 0
0
集成运算放大器
即
u u
由于集成开环放大倍数为无穷大，与其放大时的输出电
电工技术 第二章 集成运算放大器及其应用
IC
β
U O = U C1 − U C2 = 0
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二. 差动放大电路工作原理 1. 差模信号
+VCC
ui1=-ui2 =ui/2 若ui1 ↑,ui2 ↓ → ib1 ↑,ib2 ↓ →ie1 ↑,ie2 ↓
+
R Rc c
T1 u i1 + ui1
u ++uo ouo1 -uo1 - E IRe
33 MHz
第一节 直接耦合
直接耦合：将前级的输出端直接接后级的输入端。 直接耦合：将前级的输出端直接接后级的输入端。 可用来放大缓慢变化的信号或直流量变化的信号。 可用来放大缓慢变化的信号或直流量变化的信号。 +UCC R1 R2 + ui – T1 RC1 RC2 + T2 RE2 uo –
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Rb1=Rb2= Rb
几个基本概念
差动放大电路一般有两个输入端： 1. 差动放大电路一般有两个输入端： 双端输入——从两输入端同时加信号。 从两输入端同时加信号。 双端输入 从两输入端同时加信号 单端输入——仅从一个输入端对地加信号。 仅从一个输入端对地加信号。 单端输入 仅从一个输入端对地加信号 2. 差动放大电路可 以有两个输出端。 以有两个输出端。 双端输出——从C1 从 双端输出 输出。 和C2输出。 单端输出——从C1或 从 单端输出 C2 对地输出。 对地输出。
I Re − 0.7V − ( −VEE ) = Re
T1 + ui1 -
+ uo
-
uo2 -
+
T2 + ui2 -
EE 1 I C1 =I C2 = I C ≅ I Re 2 U CE1 = U CE2 = U C − U E = VCC − I C R C − ( − 0.7)
第六章 集成运算放大器
偏置电路是为集成运算放大器的输入级、中间级和输出级电路 提供静态偏置电流，设置合适的静态工作点。 运算放大器的图形符号如图6-2所示，其中反相输入端用“-”号 表示，同相输入端用“+”号表示 。器件外端输入、输出相应 地用N、P和O表示。
图6-2 运算放大器的图形符号
二、集成运算放大器的主要参数 1. 开环差模电压放大倍数 uo 开环差模电压放大倍数A
图6-4 反馈信号在输出端的取样方式 （a）电压反馈 （b）电流反馈
（4）串联反馈和并联反馈—─反馈的方式 如果反馈信号与输 入信号以串联的形式作用于净输入端，这种反馈称为串联反 馈，如图6-5（a）所示。如果反馈信号与输入信号以并联的 形式作用于净输入端，这种反馈称为并联反馈，如图6-5（b） 所示。可用输入端短路法判别，即将放大电路输入端短路， 如短路后反馈信号仍可加到输入端，则为串联反馈，如短路 后反馈信号仍无法到输入端，则为并联反馈。
图6-7 放大电路的传输特性1—闭环特性 2—开环特性
(3)展宽了通频带 放大器引入负反馈后，虽然放大倍数降低了，但放大器的稳定 性得以提高，由于频率不同而引起的放大倍数的变化也随 之减小。在不同的频段放大倍数的下降幅度不同，中频段 下降的幅度较大，而在低频段和高频段下降的幅度较小， 结果使放大器的幅频特性趋于平缓，即展宽了通频带。
(4)改变了输入输出电阻 负反馈对输入电阻的影响取决于反馈信号在输入端的连接方式。 并联负反馈是输入电阻减小，串联负反馈是输入电阻增大。 负反馈对输出电阻的影响取决于反馈信号在输出端的取样方 式。电压负反馈是输入电阻减小，电流负反馈是输入电阻增 大。电压负反馈有稳定输出电压的作用，电流负反馈有稳定 输出电流的作用。 电压串联负反馈使电压放大倍数下降，稳定了输出电压，改善 了输出波形，增大了输入电阻，减小了输出电阻，扩展了通 频带。电压并联负反馈使电压放大倍数下降，稳定了输出电 压，改善了输出波形，减小了输入电阻，减小了输出电阻， 扩展了通频带。电流串联负反馈使电压放大倍数下降，稳定 了输出电流，改善了输出波形，增大了输入电阻，增大了输 出电阻，扩展了通频带。电流并联负反馈使电压放大倍数下 降，稳定了输出电流，改善了输出波形，减小了输入电阻， 增大了输出电阻，扩展了通频带。
集成运算放大器的应用有哪些
集成运算放大器的应用有哪些集成运算放大器（Operational Amplifier，简称OP-AMP) 是现代电子技术中常用的一种集成电路，广泛应用于信号放大、积分、微分、比较、滤波、波形变换、逻辑运算等电路中。
本文将介绍一些集成运算放大器的应用。
一、信号放大集成运算放大器广泛应用于信号放大电路中，其直接或变压器耦合输入方式具有低输入电阻、高输入阻抗、低噪声、高增益和宽带等特性。
在应用中，可通过精心设计放大器电路，控制反馈，实现高增益稳定运行。
二、积分电路积分电路是信号处理电路中的基本电路，它能将信号输入与时间积分，输出的是输入信号积分后的值。
集成运算放大器常用于积分电路的设计，其放大电压信号，然后通过电容对信号进行积分。
例如，在三角形波发生器电路中，可通过电容积分得到正弦波信号，而集成运算放大器的内部电路通常包含差分放大器，可将输入信号转化为电压差，用于驱动电容，完成积分计算。
三、微分电路微分电路是在信号处理中广泛应用的一种电路，它能够将信号对时间的微分操作，其输出电压是输入信号微分后的值。
集成运算放大器也常用于微分电路的设计中，可通过对输入信号进行微分计算得到输出信号。
例如，在测量热电偶温度时，可将温度信号输入到集成运算放大器中，通过差分放大器将信号转化为电压差，然后用电阻对信号进行微分计算，输出即为最终温度值。
四、比较电路比较电路是一种将两个信号进行比较然后输出比较结果的电路，它广泛应用于数字电路、自动控制、计算机硬件等领域。
集成运算放大器常用于比较电路中，它的输出能够根据电压的大小关系取两个输入信号中的一个。
例如，电压比较器是一种常见的电路，它采用集成运算放大器作为比较电路的核心元件，用于比较两个不同电压的大小关系，以便输出相应的状态。
五、滤波器滤波器是一种通过对输入信号进行滤波操作，抑制或增强特定频率信号的电路。
集成运算放大器广泛应用于滤波电路的设计中，其内部电路包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等类型。
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x本文介绍了集成运算放大器的基本运算电路，包括其结构、功能、特性和应用。
集成运算放大器是一种半导体器件，用于放大电气信号，它有助于提高信号的电压或电流，使信号可以传输到远处。
集成运算放大器具有很多优点，如体积小、功耗低、抗干扰能力强、可靠性高等。
此外，它还可以实现各种电路设计，如移相器、高通滤波器和低通滤波器等。
本文将详细介绍集成运算放大器的基本运算电路，包括电路结构、工作原理、参数、应用等。
集成运算放大器（Integrated Operational Amplifier）是一种具有可替代性的多输入半导体电路，它可以提高任何一路输入信号的电压或电流，可以实现各种复杂的放大电路。
集成运算放大器的基本电路由一个或多个放大器组成，每个放大器由若干个部件组成，可以形成一个可调节复杂放大电路。
集成运算放大器可分为多晶片、单晶片和小规模集成电路3种类型，根据处理信号的种类和放大系数的大小，它可以分为分立电路、模拟电路和数字电路。
集成运算放大器的输出电压可以大大提高原始信号的电压，并且可以根据输入参数调节输出电压。
集成运算放大器的基本运算电路由放大器、输入端口和输出端口组成。
输入端口由两个端口组成，分别是正输入端口和负输入端口，这两个端口可以接收一个正电压信号和一个负电压信号。
输出端口可以接收较大的电压信号，输出信号与输入信号的相位一致。
此外，很多放大器还具有滞后环节，可以进一步延迟放大器的输出信号，使其同输入信号的相位更为一致。
集成运算放大器的特性取决于其器件和结构，主要特性有：抗干扰能力强、体积小、功耗低、可靠性高等。
此外，集成运算放大器还具有很多类型，如双路放大器、移相器、高通滤波器和低通滤波器等，每种器件都有其特定的应用。
集成运算放大器可用于实现各种电路，如低通滤波器、高通滤波器、移相器等，这些电路有助于提高电路系统的精度和灵敏度，从而实现精确的测量和控制。
此外，它还可以用于实现多种复杂电路，如高阻率电路、低阻率电路和串行/并行电路等。
集成电路运算放大器的定义
集成电路运算放大器的定义1. 引言集成电路运算放大器是当今电子电路中最重要的基本器件之一。
它是一种高增益、差分放大器，广泛应用于模拟电路、信号处理、自动控制等领域。
本文将介绍集成电路运算放大器的定义、基本原理、特性以及应用。
2. 定义集成电路运算放大器，简称运放(Op-Amp, Operational Amplifier)，是一种差分放大器，它能够将输入信号放大到较高的增益水平。
运放通常由差动输入级、差动放大级、输出级和电源级组成。
它的输入有两个端口：非反馈输入端(inverting input)和反馈输入端(non-inverting input)，输出端则以电压方式输出。
3. 基本原理3.1 差分放大器运放的核心是差分放大器，它是由两个晶体管组成的差分对(differential pair)。
差分放大器具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗等特点。
当在非反馈输入端和反馈输入端施加电压时，差分放大器将两个输入信号进行差分放大，并输出差分放大的结果。
3.2 负反馈运放的一个重要特点是负反馈(negative feedback)。
负反馈通过将输出信号的一部分反馈到输入端，使得运放的输出与输入之间达到稳定的关系。
负反馈降低了运放的增益，但提高了稳定性和线性度。
4.1 增益运放具有非常高的开环增益，通常在105到106范围内。
通过负反馈可以调节运放的增益，使其适应不同的应用需求。
4.2 输入阻抗和输出阻抗运放的输入阻抗非常高，通常在105到1012欧姆之间，使其能够接受较小的输入信号。
输出阻抗通常比输入阻抗小得多，可以提供较低的输出阻抗。
4.3 带宽运放的带宽指的是它能够工作的最大频率范围。
通常，在低频时运放的增益较高，而在高频时增益会逐渐降低。
带宽取决于运放的内部结构和电容等元件。
运放的工作温度和环境温度对其性能有一定影响。
温度变化会引起运放增益的变化，这种现象称为温漂。
通过合适的补偿电路和工艺可以减小温漂的影响。
电工电子学_集成运算放大器
24
9.3 集成运放在信号运算方面的应用
由于开环电压放大倍数Auo很高，集成运放开环工作时线性区很 窄。因此，为了保证运放处于线性工作区，通常都要引入深度负反馈。 集成运放引入适当的负反馈，可以使输出和输入之间满足某种特定的 函数关系，实现特定的模拟运算。当反馈电路为线性电路时，可以实 现比例、加法、减法、积分、微分等运算。
图9.2.1 反馈放大电路框图
电路中的反馈是指将电路的输出信号（电压或电流）的一部分或全部 通过一定的电路（反馈电路）送回到输入回路，与输入信号一同控制 电路的输出。可用图9.2.1所示的方框图来表示。
16
2. 反馈的分类
（1）正反馈和负反馈 根据反馈极性的不同，可以分为正反馈和负反馈。 （2）直流反馈和交流反馈 根据反馈信号的交直流性质，可以将反馈分为直流反馈和交流反馈。 （3）电压反馈和电流反馈 根据输出端反馈采样信息的不同，可以将反馈分为电压反馈和电流反 馈。 （4）串联反馈和并联反馈 根据反馈信号与输入信号在放大电路输入端联结方式的不同，可以将 反馈分为串联反馈和并联反馈。
9
3. 输入和输出方式
差放电路有双端输入和单端输入两种输入方式。同样也有双端 输出和单端输出两种输出方式。因此，差动放大电路共有四种输入输 出方式。 （1）双端输入双端输出 （2）双端输入单端输出 （3）单端输入双端输出 （4）单端输入单端输出
10
4. 共模抑制比
差动放大电路对差模信号和共模信号都有放大作用，但对差动 放大电路来说，差模信号是有用信号，共模信号则是需要抑制的。因 此要求差放电路的差模放大倍数尽可能大，而共模放大倍数尽可能小。 为了衡量差放电路放大差模信号和抑制共模干扰的能力，引入共模抑 制比作为技术指标，用KCMR表示。其定义为差模电压放大倍数与共 模电压放大倍数之比，即 A （9.1.11） K ud
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vi1
vc
vd 2
vi1 vi2 2
vi1 vi2 2
vi 2
vc
vd 2
vi1
vi2 2
vi1
vi2 2
根据两式可得出如下结论：
在差分放大电路输入端施加的任意形式的信号都可以分解为 差模信号与共模信号的叠加，输出端的响应都可视为差模信 号与共模信号共同作用的结果。
例 已知基本差分放大电路如图5-1-1所示vi1=5V，vi2 =3V， 求此时作用于放大电路输入端的差模电压为多少？共模电压为多少？
第五章 集成电路运
算放大器及应用
基本要求：
理解差动放大电路的工作原理； 掌握运算放大器的分析方法。
基本内容：
差动放大电路 复合管电路 集成运算放大器 集成电路运算放大器的应用
5. 1 差动放大电路
集成电路运算放大器是一种具有高放大倍 数的多级直接耦合放大电路。
当多级直接耦合放大电路的输入端短路( ui ＝0 )，输出端电压它并不保持恒值，而在 缓慢地、无规则地变化着，这种现象就称 为零点漂移。
vd 2
vi1 vi2 2
式中，vd称为差分输入电压或差动输入电压。
② 当输入信号vi1和vi2大小相等、极性相同时，定义为
共或模：输vi1入信vc 号 vvi1c2。vi2则：vvci
vi1 2 vc
vvi 2i1
2
vi 2
③ 当输入信号中既有差模信
号，又有共模信号时，则
基本差分电路输入端的信号可分解为二种信号的叠加，即
vo
RC
T2
+VCC R1
RB
vi1
vi2
特点：结构对称。
5.1.1 基本差分电路
1、基本差分电路的组成
基本差分电路如图5-1-1和图5-1-2。
其工作原理是利用对称性来解决和克服
零漂问题。
图5-1-1 基本差分电路形式之一
电路左右两边对称，指电路结构及元件
的特性与参数完全相同，使T1、T2在同 一个直流电源供电情况下具有相同的静
为了进一步减小或消除零漂，提高抑制零点漂移的效 果，需要在基本差分放大电路的基础上进行改进，减 小单级放大电路自身的零点漂移。
1、长尾式差分电路的组成
在基本差分放大电路的发射极 接入一个射极电阻RE，以便引 入电流负反馈，稳定输入电压， 减小零漂。
图5-1-3 长尾式差分放大电路
发射极电阻RE犹如在基本差分电路中多了一条尾巴，RE愈 大，稳定性愈好，相当于尾巴愈长，故称为长尾式差分电 路。
态工作点。
输入信号： vi vi1 vi2
输出信号： v0 v01 v02
电压放大倍数：Av
v0 vi
v01 v02 vi1 vi2
图5-1-2 基本差分电路形式之二
★当输出信号从其中任一个集电极输出时，称为单端输出。
★当输出信号从两个集电极之间输出时，称为双端输出或浮动输出。
2、基本差分电路的工作原理
如图5-1-4所示。
如果从T2的集电极输出，称为右侧输出，电压放大倍 数也为单级共射放大电路的一半，但输出与输入同相。
4.5.2 长尾式差分电路
若差分电路两个输入
端的电压分别为vi1和vi2。
① 当输入信号vi1和vi2大小相等、极性相反时，定义为
差分输入信号或差模输入信号vd 。 vi1 = - vi2 ，
此时，放大电路的输入电压为：vi vd vi1 vi2 2vi1 2vi2
或：
vi1
vd 2
vi1 vi2 2
vi 2
射极电阻RE愈大，对共模信号的反馈作用愈强，抑制零漂 的效果愈好，但同时，RE上的直流压降也愈大，三极管放 大的动态范围愈小。
解决办法是增加一个负电源VEE，用以增加三极管的动态
范围。如图5-1-3所示。
2、长尾式差分电路的几种接法
（1）双端输入双端输出
输入信号分别在三极管T1、 T2的基极输入，从T1、T2的 集电极之间输出。这种接法
称为双端输入双端输出电路。
如图5-1-3所示。
图5-1-3 长尾式差分放大电路
4.5.2 长尾式差分电路
（2）双端输入单端输出
输入信号分别在三极管T1、
T2的基极输入，但输出却 只从T1或T2的集电极单独
图5-1-4 双端输入左侧单端输出
对地之间输出，称为双端输入单端输出。
如果从T1的集电极输出，称为左侧输出，电压放大倍 数为单级共射放大电路的一半，且输出与输入反相，
解：根据差模信号的定义，总的差模输入信号为：
vd vi1 vi2 5V 3V 2V
由电路的对称性可知，每个输入端的输入电压为：vi1
vd 2
1V
vi 2
vd 2
1V
根据共3 2
4V
于是，两个实际的输入信号电压可等效为图 (a)或图 (b)的形式。
3、放大倍数的计算：
由图可见，对于差
模输入信号，由于vi1= -vi2 则 vi vd vi1 vi2 2vi1
根据共射放大电路输出与输入反相的特点：
得，差模输入信号作用下的电压放大倍数为：
Ad称为Ad差 模vv0i 电 22压vv0i11放 大倍RC数r(bRe。L / 2)
v0 v01 v02 2v01
在理想对称的条件下，如果共模信号能够模拟温度 的变化，则不难看出，无论温度怎么变化，输出端 皆为零，从而达到了抑制输出信号电压的零点漂移。
5.1.2 长尾式差分电路
前面介绍的基本差分放大电路中，依靠电路对称，利 用两个放大电路的输出之差，抑制了零点漂移电压的 输出，但是并没有消除单级放大电路本身的零漂。
对于共模输入信号： vi vc vi1 vi2
由于电路对称，则 vo v01 v02 0
AC
v0 vi
0 vi
0
AC称为共模电压放大倍数。
3、放大倍数的计算：
基本差分放大电路只对差模输入信号进行放大，而 不对共模信号进行放大。在双端输出的情况下，放 大电路的差模电压放大倍数等于一个单级共射放大 电路的电压放大倍数。
产生零点漂移的主要原因是三极管受温度 的影响。 抑制零点漂移有效的措施之一是 采用差动放大电路。
本节主要内容：
5.1.1 基本差分电路 5.1.2 长尾式差分电路 5.1.3 长尾式差分电路的工作原理分析 5.1.4 差分放大电路四种接法的分析与比较
差动放大电路的工作情况
R1 RC
RB T1