运算放大器应用原理和计算方法含运算放大器的电阻
运算放大器的可用输出摆幅范围计算及跨阻放大器的设计
运算放大器的可用输出摆幅范围计算及跨阻放大器的设计全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：运算放大器是一种常见的电子元件，用于放大电压信号。
它具有高输入阻抗、低输出阻抗、无论输入信号大小如何都保持固定的放大倍数等特点，因此被广泛应用在各种电路中。
在设计电路时，我们经常需要计算运算放大器的可用输出摆幅范围，以确保信号能够正常放大并输出。
本文将介绍如何计算运算放大器的可用输出摆幅范围，并结合跨阻放大器的设计原理，为读者详细解析如何设计一个跨阻放大器。
让我们来了解一下运算放大器的可用输出摆幅范围的计算方法。
在实际电路中，运算放大器有一个工作范围，超出这个范围就会导致输出失真或截断。
可用输出摆幅范围指的是在输入信号范围内，输出能够正常工作的幅度范围。
一般来说，运算放大器的输出摆幅范围取决于供电电压和输入信号的幅度。
在理想情况下，运算放大器的输出范围可以达到供电电压的极限值。
如果供电电压为+10V和-10V，那么理想情况下运算放大器的输出范围为+10V到-10V。
但是在实际应用中，由于运算放大器内部的饱和效应、风险电平等因素的影响，实际的输出摆幅通常小于供电电压的极限值。
我们需要通过计算来确定具体的可用输出摆幅范围。
一般来说，可以通过运算放大器的数据手册来查找具体的参数，比如输入失真电压、输出摆幅等。
根据这些参数，可以利用以下公式来计算运算放大器的可用输出摆幅范围：可用输出摆幅范围= Vcc - VsatVcc为正供电电压，Vsat为输出饱和电压。
通常情况下，Vsat的值在数据手册中可以查到，一般为几毫伏。
还需要考虑输出负载的影响。
输出负载的存在会导致输出电压下降，从而影响运算放大器的可用输出摆幅范围。
在实际设计中，还需要考虑输出负载的大小，以确保输出电压不会受到明显的影响。
接下来我们将结合跨阻放大器的设计原理，来详细介绍如何设计一个跨阻放大器。
跨阻放大器是一种常见的放大电路，通过改变输入电阻的方式来实现放大功能。
含电容的运算放大器电路的计算
电容的运算放大器电路是一种常见的电子电路，它可以实现电压放大和滤波功能，广泛应用于许多电子系统中。
本文将从基本概念、电路结构、工作原理和计算方法等方面对含电容的运算放大器电路进行详细介绍，帮助读者更好地理解和应用这一电路。
一、基本概念1. 运算放大器（Operational Amplifier，简称Op-Amp）是一种集成电路，具有高增益、高输入阻抗、低输出阻抗等特点，广泛应用于电子电路中。
2. 电容是一种存储电荷的元件，具有阻抗与频率成反比的特性，可以用于滤波和信号处理。
二、电路结构含电容的运算放大器电路通常由运算放大器、电容和其它元件组成，其中电容可以用来实现滤波、积分、微分等功能。
三、工作原理1. 电容的作用：电容在运算放大器电路中可以用来滤波、积分、微分等。
在滤波电路中，电容可以与电阻配合，实现低通滤波、高通滤波、带通滤波等功能。
2. 电容的阻抗特性：电容的阻抗与频率成反比，即Zc=1/(jωC)，其中Zc为电容的阻抗，ω为角频率，C为电容的电容值。
3. 运算放大器的特性：运算放大器具有高输入阻抗、低输出阻抗、无限大的开环增益等特点，在实际应用中可以近似认为是理想运算放大器。
四、计算方法1. 低通滤波电路的计算：对于低通滤波电路，可以通过电容和电阻的组合来实现。
其传递函数为H(jω)=1/(1+jωR1C1)，其中R1和C1分别为电阻和电容的取值。
通过调整R1和C1的取值，可以实现不同的频率特性。
2. 高通滤波电路的计算：高通滤波电路同样可以通过电容和电阻的组合来实现。
其传递函数为H(jω)=jωR2C2/(1+jωR2C2)，其中R2和C2分别为电阻和电容的取值。
通过调整R2和C2的取值，可以实现不同的频率特性。
3. 带通滤波电路的计算：带通滤波电路通常采用多级滤波电路进行实现，可以组合低通滤波和高通滤波电路来实现。
可以通过串联或并联的方式组合低通和高通滤波电路，来实现不同的频率特性。
运算放大器工作原理与选择(附常用运放型号)
运算放大器工作原理与选择（附常用运放型号）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。
常用运算放大器16个基本运算电路
5. 微分运算电路
微分运算电路如图 5 所示，
XFG1
R2 15kΩ
C2
22nF
V3
R1
C1
4
12 V
2
1kΩ
22nF
U1A
1
3
T L082CD
8
V2 12 V
XSC1
A +_
B +_
Ext Trig +
_
图5
电路的输出电压为 uo 为：
uo = −R2C1 dui dt
式中， R2C1 为微分电路的时间常数。若选用集成运放的最大输出电压为UOM ,
式中，Auf = 1+ RF / R1 为同相比例放大电路的电压增益。同样要求 Auf 必须小于 3， 电路才能稳定工作，当 f = fo 时，带通滤波器具有最大电压增益 Auo ，其值为：
Auo = Auf / (3 − Auf )
10. 二阶带阻滤波电路
二阶带阻滤波电路如图 10 所示，
C1
1nF R1
_
图 15 全波整流电路是一种对交流整流的电路，能够把交流转换成单一方向电 流，最少由两个整流器合并而成，一个负责正方向，一个负责负方向，最典 型的全波整流电路是由四个二极管组成的整流桥，一般用于电源的整流。 全波整流输出电压的直流成分（较半波）增大，脉动程度减小，但变压器需 要中心抽头、制造麻烦，整流二极管需承受的反向电压高，故一般适用于要 求输出电压不太高的场合。
R1 10kΩ
4 2
12 V
U1A 1
3
8 TL082CD
R3 9kΩ
V2 12 V
D2 1N4148
XSC1
A +_
运算放大器的工作原理
运算放大器的工作原理放大器的作用：1、能把输入讯号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。
用在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中。
原理:高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。
高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。
按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。
高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出在“低频电子线路”课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同，运算放大器原理运算放大器（Operational Amplifier,简称OP、OPA、OPAMP）是一种直流耦合﹐差模（差动模式）输入、通常为单端输出（Differential-in, single-ended output）的高增益（gain）电压放大器，因为刚开始主要用于加法，乘法等运算电路中，因而得名。
一个理想的运算放大器必须具备下列特性：无限大的输入阻抗、等于零的输出阻抗、无限大的开回路增益、无限大的共模排斥比的部分、无限大的频宽。
最基本的运算放大器如图1-1。
一个运算放大器模组一般包括一个正输入端(OP_P)、一个负输入端(OP_N)和一个输出端(OP_O)。
图1-1通常使用运算放大器时，会将其输出端与其反相输入端（inverting input node）连接，形成一负反馈（negative feedback）组态。
原因是运算放大器的电压增益非常大，范围从数百至数万倍不等，使用负反馈方可保证电路的稳定运作。
运算放大器虚短虚断原理
运算放大器虚短虚断原理一、定义运算放大器是一种主要用于放大输入信号并输出放大信号的电子设备。
它具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗的特点，广泛应用于模拟电路中。
虚短和虚断是运算放大器的两种特殊工作状态。
虚短是指运算放大器的输入端之间的电压差接近于零的状态，而虚断则是指运算放大器的输入端之间的电压差无限大的状态。
二、工作原理在运算放大器的反馈回路中，通过调节反馈电阻和输入电阻之间的比例关系，可以使运算放大器的输入端之间的电压差接近于零，即虚短状态。
此时，运算放大器的输出电压将由输入电压放大倍数决定。
虚短状态下，运算放大器的输入电阻非常大，几乎等于无穷大。
因此，输入信号源可以提供较小的电流，而不会对输入端产生显著的电压降。
这样，可以保证输入信号源与运算放大器之间的电压差几乎为零，从而实现了电压放大功能。
虚断状态是指运算放大器的输入端之间的电压差无限大的状态。
在虚断状态下，运算放大器的输入电阻几乎等于零，输入电流也几乎等于零。
因此，输入信号源的电流几乎不会流入运算放大器，也不会对输入端产生显著的电压降。
此时，运算放大器的输出电压接近于供电电压的最大值或最小值。
三、应用运算放大器的虚短虚断原理在电路设计中具有重要的应用价值。
通过合理选择反馈电阻和输入电阻的比例关系，可以实现不同的电路功能。
在电压放大电路中，我们通常希望运算放大器处于虚短状态，以实现电压的精确放大。
通过调节反馈电阻和输入电阻的比例，可以确定电压放大倍数。
在比较电路中，运算放大器处于虚断状态，可以实现对输入信号的比较功能。
当输入信号超过某个阈值时，运算放大器的输出电压将切换到高电平或低电平。
四、可能出现的问题在实际应用中，由于环境干扰、元器件故障或电路设计不当等原因，运算放大器可能无法正常工作，导致虚短虚断原理失效。
如果反馈回路发生断路或接触不良，运算放大器将无法保持虚短状态，导致输出电压异常。
类似地，如果输入信号源与运算放大器之间存在短路或接触不良，也会导致虚断状态失效。
运算放大器
运算放大器（英语：Operational Amplifier，简称OP、OPA、OPAMP、运放）是一种直流耦合，差模（差动模式）输入、通常为单端输出（Differential-in, single-ended output）的高增益（gain）电压放大器，因为刚开始主要用于加法，减法等模擬运算电路中，因而得名。
通常使用运算放大器时，会将其输出端与其反相输入端（inverting input node）连接，形成一负反馈（negative feedback）组态。
原因是运算放大器的电压增益非常大，范围从数百至数万倍不等，使用负反馈方可保证电路的稳定运作。
但是这并不代表运算放大器不能连接成正反馈（positive feedback）组态，相反地，在很多需要产生震荡信号的系统中，正反馈组态的运算放大器是很常见的组成元件。
运算放大器有许多的规格参数，例如：低频增益、单位增益频率（unity-gain frequency）、相位边限（phase margin）、功耗、输出摆幅、共模抑制比（common-mode rejection ratio）、电源抑制比（PSRR，power-supply rejection ratio）、共模输入范围（input common mode range）、电压摆动率（slew rate）、输入偏移电压（input offset voltage，又译：失调电压）、还有噪声等。
目前运算放大器广泛应用于家电，工业以及科学仪器领域。
一般用途的集成电路运算放大器售价不到一美元，而现在运算放大器的设计已经非常可靠，输出端可以直接短路到系统的接地端（ground）而不至于被短路电流（short-circuit current）破坏。
目录[隐藏]∙ 1 运算放大器的历史∙ 2 运算放大器的基础o 2.1 电路符号o 2.2 理想运算放大器的操作原理▪ 2.2.1 开回路组态▪ 2.2.2 负反馈组态▪ 2.2.2.1 反相闭回路放大器▪ 2.2.2.2 非反相闭回路放大器▪ 2.2.3 正反馈组态∙ 3 实际运算放大器的局限o 3.1 直流的非理想问题▪ 3.1.1 有限的开回路增益▪ 3.1.2 有限的输入阻抗▪ 3.1.3 大于零的输出阻抗▪ 3.1.4 大于零的输入偏压电流▪ 3.1.5 大于零的共模增益o 3.2 交流的非理想问题o 3.3 非线性的问题o 3.4 功率损耗的考量∙ 4 在电路设计中的应用∙ 5 直流特性∙ 6 交流特性∙7 运算放大器的应用∙8 741运算放大器的内部结构o8.1 电流镜与偏压电路o8.2 差分输入级o8.3 增益级o8.4 输出级∙9 CMOS运算放大器的内部结构∙10 其他应用∙11 参见∙12 参考资料与附注∙13 外部链接[编辑]运算放大器的历史第一个使用真空管设计的放大器大约在1930年前后完成，这个放大器可以执行加与减的工作。
运放 原理
运放原理
运放，即运算放大器，是一种电子电路元件，用于放大电压、电流或功率。
它的原理是利用电子管、晶体管或集成电路等元件的放大特性，将输入信号放大到所需的范围，并输出更大的电压、电流或功率。
运放主要由一个差分输入级和一个共射输出极的静态工作点偏置网络组成。
输入信号首先通过差分输入级，产生一个放大后的差分信号。
然后，差分信号经过电压放大器阶段进行放大，放大倍数由输入端和反馈回路决定。
最后，放大后的信号经过输出级，输出到负载中。
为了保证运放的正常工作，通常需要提供一个稳定的直流偏置电压。
这可以通过向运放的输入端供电，或通过外部电容、电阻等元件来实现。
另外，为了增加运放的放大倍数和增强稳定性，常常使用负反馈回路。
负反馈将一部分输出信号反馈到运放的输入端，使输出信号与输入信号之间的误差减小，从而提高了放大器的性能。
运放具有很广泛的应用，如用于放大音频信号、直流放大、交流放大、信号调理等。
同时，运放的输入输出阻抗低，电压增益高，频率响应宽，可以实现高精度和稳定的信号放大。
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运放工作在直流和低频信号的条件下，其输出电压与 差模输入电压的典型转移特性曲线uo=f(ud)如图示。该曲线 有三个明显的特点：
1．uo和ud有不同的比例尺度：uo用V; ud用mV。
图5－8
2.在输入信号很小(|ud|<)的区域内，曲线近似于一条
很陡的直线，即uo=f(ud)Aud。该直线的斜率与A=uo/ud成 比例，A称为开环电压增益，其量值可高达105～108。工作 在线性区的运放是一个高增益的电压放大器。
3．在输入信号较大(|ud|>)的区域，曲线f(ud)饱和于
uo=Usat。Usat称为饱和电压，其量值比电源电压低2V左右， 例如E+=15V, E-=-15V，则+Usat=13V,-Usat =-13V左右。工作 于饱和区的运放，其输出特性与电压源相似。
综上所述，运放在直流和低频应用时，其端电压电流 方程为：
(5 8b)
uo uo
U sat U sat
| ud |
ud
ud
(5 8c)
有限增益模型可以工作于三个不同的区域时，其电路 模型，分别如图(a)、(b)、(c)所示。
1 ．线性区
当|ud|<时，uo=f(ud)=Aud，运放等效为一个电压控制
电压源，如图(a)所示。
图5－10
2．正饱和区
图5－10
当ud>时，uo=+Usat，运放的输出端口等效于一个直流
电压源，如图(b)所示。
3．负饱和区
当ud<-时，uo=-Usat，运放的输出端口等效于一个直流
电压源，如图(c)所示。
三、理想运算放大器模型
实际运放的开环电压增益非常大(A=105~108)，可以近似
认为A=和=0。此时,有限增益运放模型可以进一步简化
有限增益运放模型的符号和转移特性曲线如图5-9所示。
图5－9
由于实际运放的输入电流非常小，可以认为i-=i+=0， 这意味着运放的输入电阻为无限大，相当于开路。图5－ 9(b)所示转移特性曲线是图5－8实际运放转移特性曲线的 分段线性近似。有限增益运放模型可以由以下方程描述：
i 0 i 0
(5 8a) uo Aud
图5－11
工作于线性区的理想运放模型可以由以下方程描述
i 0 i 0 ud u u 0
(5 10a) (5 10b) (5 10c)
上式表明该理想运放的输入端口既像一个开路（i-=i+ =0），又像一个短路(ud=0)，这可等效为一个电流为零的 特殊短路，因此，该模型又称为虚短路模型。当输入电压 ud=0时，输出电压uo可以为-Usat到+Usat间的任何量值。此 时，理想运放的模型为一个增益为无限大的电压控制电压 源(VCVS)。
i I B i I B
uo
f
(ud
)
(5 7)
式中IB-和IB+是反相输入端和同相输入端的输入偏置电 流，其量值非常小，通常小于10-7A，可以近似认为等于零。 uo=f(ud)是输出电压uo对差模输入电压ud的转移特性。下面 介绍运算放大器的两种电路模型。
二、有限增益的运算放大器模型
图5－7
运放器件的电气图形符号如图(a)所示。运放在正常工 作时，需将一个直流正电源和一个直流负电源与运放的电 源端E+和E-相连[图(b)]。两个电源的公共端构成运放的外 部接地端。
运放与外部电路连接的端钮只有四个：两个输入端、 一个输出端和一个接地端，这样，运放可看为是一个四端 元件。图中i-和i+分别表示进入反相输入端和同相输入端的 电流。io表示进入输出端的电流。u-、u+和uo分别表示反相 输入端、同相输入端和输出端相对接地端的电压。ud=u+-u称为差模输入电压。
为理想运放模型。理想运放模型的符号如图(a)所示，其转 移特性曲线如图(b)所示。
图5－11
理想运放模型可由以下方程描述:
i 0 i 0
(5 9a) (5 9b)
Usat uo U sat uo Usat uo Usat
ud 0 ud 0 ud 0
(5 9c)
理想运放模型工作于线性区、正饱和区和负饱和区相 应的电路模型，分别如图(a)、(b)、(c)所示。