集成运算放大器及其应用电路
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。
运放典型应用电路
运放典型应用电路一、什么是运放运放，即运算放大器，是一种集成电路芯片，主要用于放大、滤波、求导等信号处理方面。
它的特点是输入阻抗高、输出阻抗低，增益高、带宽宽广，可以通过外接电路改变其工作方式。
二、基本运放电路1. 非反馈式基本运放电路非反馈式基本运放电路由一个差动输入级和一个单端输出级组成。
其中差动输入级由两个晶体管组成，用于将输入信号转换为差模信号；单端输出级由一个共射极晶体管组成，用于将差模信号转换为单端输出信号。
2. 反馈式基本运放电路反馈式基本运放电路在非反馈式基本运放电路的基础上加入了反馈网络。
反馈网络可以改变增益、频率响应等特性，使得运放可以适应不同的应用场合。
三、典型应用电路1. 反相比例放大器反相比例放大器是一种常见的运放应用电路。
它的原理是将输入信号经过一个负反馈网络后再输入到非反相输入端口上。
这样可以实现对输入信号进行负反馈放大，从而达到比例放大的效果。
2. 非反相比例放大器非反相比例放大器与反相比例放大器类似，只是将输入信号输入到非反相输入端口上。
这样可以实现对输入信号进行正反馈放大，从而达到比例放大的效果。
3. 仪表放大器仪表放大器是一种高精度、高稳定性的运放应用电路。
它通过差分输入、高增益、低噪声等设计特点，实现对小信号的高精度测量和处理。
4. 滤波器滤波器是一种常见的运放应用电路。
它通过选择不同的电容和电感组合，可以实现不同类型的滤波功能，如低通滤波、高通滤波、带通滤波等。
5. 稳压电源稳压电源是一种常见的运放应用电路。
它通过反馈网络控制输出电压，使得输出电压保持稳定不变。
稳压电源广泛应用于各种电子设备中。
6. 正弦波振荡器正弦波振荡器是一种常见的运放应用电路。
它通过选择合适的RC组合和反馈网络，可以实现正弦波振荡输出。
正弦波振荡器广泛应用于各种信号发生器中。
四、总结运放是一种功能强大的集成电路芯片，可以应用于放大、滤波、求导等信号处理方面。
不同的运放应用电路具有不同的特点和功能，可以满足各种不同的应用需求。
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。
集成运放应用电路设计360例
集成运放应用电路设计360例1. 引言集成运放是一种广泛应用于电子电路设计中的集成电路元件，它具有高增益、高输入阻抗、低输出阻抗等特点，常用于放大、滤波、比较、积分等各种电路应用。
本文将介绍360个集成运放应用电路设计例子，涵盖了各种常见的电路应用，帮助读者更好地理解和运用集成运放。
2. 非反相放大器2.1 原理非反相放大器是一种常见的集成运放应用电路，其基本原理是将输入信号与一个参考电压相比较，然后放大输出。
非反相放大器的输入信号与输出信号之间的相位关系相同，但是幅度不同。
2.2 设计例子以下是一些非反相放大器的设计例子：1.使用集成运放LM741设计一个非反相放大器，放大倍数为10。
2.使用集成运放LM358设计一个非反相放大器，放大倍数为100。
3.使用集成运放TL071设计一个非反相放大器，放大倍数可调。
3. 反相放大器3.1 原理反相放大器是另一种常见的集成运放应用电路，其基本原理是将输入信号与一个参考电压相比较，然后放大输出。
反相放大器的输入信号与输出信号之间的相位关系相反，但是幅度相同。
3.2 设计例子以下是一些反相放大器的设计例子：1.使用集成运放LM741设计一个反相放大器，放大倍数为10。
2.使用集成运放LM358设计一个反相放大器，放大倍数为100。
3.使用集成运放TL071设计一个反相放大器，放大倍数可调。
4. 比较器4.1 原理比较器是一种常见的集成运放应用电路，其基本原理是将输入信号与一个参考电压进行比较，然后输出一个高电平或低电平的信号。
比较器常用于电压比较、信号检测等应用。
4.2 设计例子以下是一些比较器的设计例子：1.使用集成运放LM741设计一个电压比较器，当输入电压大于参考电压时输出高电平，否则输出低电平。
2.使用集成运放LM358设计一个电压比较器，当输入电压小于参考电压时输出高电平，否则输出低电平。
3.使用集成运放TL071设计一个电压比较器，当输入电压与参考电压之差大于某个阈值时输出高电平，否则输出低电平。
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
汽车电工电子技术第6章 集成运放
1.集成运算放大器特性与参数
2）主要特性
（2） 饱和区的特点 理想运放工作在饱和区时，“虚断”的概念依然成立，但
“虚短”的概念不再成立。这时
当u+>u－时，uO=+UOM 当u+<u－时，uO=－UOM
分析运放的应用电路时，首先将集成运放当作理想运 算放大器；然后判断其中的集成运放工作在线性区还是非 线性区。在此基础上分析具体电路的工作原理。
1）基本结构
集成运放的输入级有两 个输入端，其中一个输 入端的信号与输出信号 之间为反相关系，称为
反相输入端
u－
u+
同相输入端
_ ∞Ao 输出端
+
uO
+
反相输入端，另一个输入端的信号与输出信号之间为同相
关系，称为同相输入端，在图中用符号“+”标注。运放有 一个输出端。
1.集成运算放大器结构 2）封装形式
和“虚断”。即
u+≈u－ i+= i－≈0 “虚短”表示集成运放的同相输入端与反相输入端的电 压近似相等，如同将该两点虚假短路一样。若运放其中一个 输入端接“地”，则有u+≈u－=0，这时称“虚地”。 “虚断”表示没有电流流入运放（因为理想运放的差模 输入电阻Rid→∞），如同运放的两个输入端被断开一样。
（7）电源电压UCC 一般都用对称的正、负电源同时供电
1.集成运算放大器特性与参数
2）主要特性
电压传输特性是指表示集成运放输出电压u0与输入电压ui之间关 系的特性曲线
线性区
饱和区
饱和区
1.集成运算放大器特性与参数
2）主线要特性性区
u0＝ A0 (u+-u-)= A0ui
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
24
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。
2021/4/8
27
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
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第 6 章 集成运算放大器及其应用电路
非线性应用电路
vI
组成特点：运放开环工作。
VREF
-
vO
A
+
由于开环工作时运放增益很大，因此较小的输入电压， 即可使运放输出进入非线区工作。例如电压比较器。
6.1.1 集成运放理想化条件下两条重要法则
Avd
理
Rid
想
Rod 0
推论
因
v
v
vo Avd
0
则 v v
运 放
KCMR
BW
因
Rid
失调和漂移0
则
i 0
集成运算放大器及其应用电路
第 6 章 集成运算放大器及其应用电路
说明：
v v 相当于运放两输入端“虚短路”。
虚短路不能理解为两输入端短接，只是 (v– v+) 的值小到 了可以忽略不计的程度。实际上，运放正是利用这个极其微小 的差值进行电压放大的。
叠加原理进行分析。
例如
令 vs2 = 0 令 vs1 = 0
则
vo1
Rf R1
vs1
集则成运算放vo大2 器及其RR应2f用v电s2路
vo vo1 vo2
第 6 章 集成运算放大器及其应用电路
▪ 同相加法器
利用叠加原理：
Rf
v
R2vs1 R1 R2
R1vs2 R1 R2
则
vo
(1
Rf R3
C
vo
(
s)
Zf (s) Z1(s)
vs
(s)
vs+-
-
A
vo
+
R 1/(sC )
vs ( s)
sRCvs (s)
拉氏反变换得
vo
RC
dvs dt
方法二：利用运算法则
vo
iR
dQ dt
R
d vsC
dt
R
RC
dvs dt
集成运算放大器及其应用电路
▪ 波形变换
C
R
vs+-
-
A
vo
+
R
C
vs+-
-
A
vo
+
积分电路
微分电路
▪ 波形变换
vs
输入方波
O
t
积分输出三角波
vo
O
t
微分输出尖脉冲
vo
O
t
集成运算放大器及其应用电路
第 6 章 集成运算放大器及其应用电路
对数、反对数变换器
▪ 对数变换器
R
vs+-
-
A
vo
+
利用运算法得：
(1 Rf ) R3 vs2 Rf 集成运R算1 放R大2器及R其3应用电路R1
vs1
第 6 章 集成运算放大器及其应用电路
C
积分和微分电路
▪ 有源积分器
方法一：利用运算法则
R
vs+-
-
A
vo
+
vs C d(vo )
R
dt
方法二：利用拉氏变换
1t
vo RC 0 vsdt
vo
(
s)
Zf (s) Z1(s)
vs
(s)
1 /(sC ) R vs(s)
1 sRC
vs ( s)
拉氏反变换得
vo
1 RC
t
0 vsdt
方法三：利用运算法则
vo
Q C
1 C
idt
1 vs t dt 1
集成运算放大器及C其应用电R路
RC
vs (t)dt
第 6 章 集成运算放大器及其应用电路
▪ 有源微分器
R
方法一：利用拉氏变换：
6.1.2 运算电路
加、减运算电路 ▪ 反相加法器
因 v v 则
v 0
i1
vs1+vs2+-
R1 i2
R2
if Rf
A
+
vo
因 i0
则 i1 i2 if
即
vs1 vs2 vo
R1 R2
Rf
整理得
vo
Rf R1
vs1
Rf R2
vs2
说明：线性电路除可以采用“虚短、虚断”概念外，还可采用
线性应用电路
Zf
组成：集成运放外加深度负反馈。
因负反馈作用，使运放小信
vs1
Z1 i -
vo
A
号工作，故运放处于线性状态。
vs2
+
Z1 或 Zf 采用线性器件(R、C)，则可构成加、减、积分、 微分等运算电路。
Z1 或 Zf 采用非线性器件(如三极管)，则可构成对数、反 对数、乘法、除法等运集算成电运算路放大。器及其应用电路
vs -
归纳与推广
当 R1 、Rf 为线性电抗元件时，在复频域内：
反相放大器
vo ( s)
Zf (s) Z1(s)
vs ( s)
拉氏反变换
同相放大器
vo ( s)
[1
Zf Z1
( (
s) s)
]vs
(
s)
注：拉氏反变换时
d
1
s
dt
集成运算放大d器t 及其应用电s 路
得 vo(t)
第 6 章 集成运算放大器及其应用电路
i 0 相当于运放两输入端“虚断路”。
同样，虚断路不能理解为输入端开路，只是输入电流小到 了可以忽略不计的程度。
实际运放低频工作时特性接近理想化，因此可利用“虚短 、虚断”运算法则分析运放应用电路。此时，电路输出只与外 部反馈网络参数有关，而不涉及运放内部电路。
集成运算放大器及其应用电路
第 6 章 集成运算放大器及其应用电路
输出电阻
集成运算放大器及其应用电路
Ro
0
第 6 章 集成运算放大器及其应用电路
▪ 同相放大器
类型：电压串联负反馈
因 v v 则 v vs
注：同相放大器不存在“f
if Rf
i1
-
R1
A
vo
+
+
vs -
由图
i1
0 v R1
vs R1
if
v vo Rf
vs vo Rf
集成运放基本应用电路
▪ 反相放大器
if Rf
类型：电压并联负反馈
因 v v 则 v 0
反相输入端“虚地”。
因 i0
则 i1 if
i1
vs+-
R1
A
+
vo
由图
i1
vs v R1
vs R1
if
v vo Rf
vo Rf
输出电压表达式：
vo
Rf R1
vs
因 v 0 因深度电压负反馈
输入电阻 Ri R1
)v
(1 Rf )( R2vs1 R1vs2 )
R3 R1 R2 R1 R2
R3
R1
vs1+- +
R2
vs-2
A
+
vo
▪ 减法器
Rf
令 vs2 = 0，
vo1
Rf R1
vs1
令 vs1 = 0，
vo2
(1
Rf R1
)
R3 vs2 R2 R3
vs1
R1
vs2
R2
R3
A
+
vo
则
vo vo1 vo2
输出电压表达式：
vo
(1
Rf R1
)vs
(1
Rf R1
)v
因 i0
因深度电压负反馈
输入电阻 Ri
输出电阻
集成运算放大器及其应用电路
Ro 0
第 6 章 集成运算放大器及其应用电路
▪ 同相跟随器
因 v v
由图得 vo v vs
-
A
vo
由于
Avf 1 Ri Ro 0
++
所以，同相跟随器性能优于射随器。
第 6 章 集成运算放大器及其应用电路
6.1 集成运放应用电路的组成原理 6.2 集成运放性能参数及对应用电路的影响 *6.3 高精度和高速宽带集成运放 6.4 集成电压比较器
集成运算放大器及其应用电路
第 6 章 集成运算放大器及其应用电路
6.1 集成运放应用电路的组成原理
根据集成运放自身所处的工作状态，运放应用电路分： 线性应用电路和非线性应用电路两大类。