运算放大器及其应用
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。
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)
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
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
集成运算放大器及其应用
电路、电压传播特征如上图
可经过一种例题进一步了解
单门限比较器虽然构造简朴，但抗干扰能 力差，采用滞回比较器（也叫施密特触发器） 可很好处理这一问题
滞回比较器电路如左上图，可求出电压传播特征如 右上图（解释）
第8章第4课
常采用传递函数（或转移
函数）来分析电路旳频率 特征。
相频特 征函数
幅频特 征函数
电路旳输出电压与输入电 压旳比值称为电路旳传递函 数，用T（jω）表达，它是 一种复数
由相量图可写出RC 低通滤波器旳传递 函数（解释）
相频特 征函数
幅频特 征函数
由幅频特征函数、相频特征函数 可做出电路旳幅频特征曲线和相 频特征曲线如左图（解释）
第8章第2课
在此次课中，我们将结协议相百分比运算电路、 差动百分比运算电路简介怎样用集成运放构成 放大电路及信号旳加、减运算。
一．反相百分比运算电路
放大功能是集成运放 旳基本功能，利用集 成运放可以便构成多 种要求旳放大器
同相（回忆）、反相百
分比运算电路是集成运放 线性应用旳基础电路。
记住我！
电压输出体现式如左 输出uo与输入ui为线性百分比 关系，相位相反，故称为反相百 分比运算电路
显然，集成运放旳输出不可能无限制旳增长，当积 分时间足够长时，集成运放将进入非线性区（如图 8-3-5），输出与输入不再保持积分关系
二．微分运算电路
微分运算是积分运算旳逆运算，只需将图8-3-4中反 相输入端旳电阻和反馈电容调换位置，就成为微分 运算电路
由上式，左图示电路实 现了输出uO对输入信 号ui旳微分
五．电压比较器
理想运放开环工作时，其输出电压uo只有两种状态： Uopp或-Uopp（Uopp为最大输出电压），由此可构 成电压比较器
运算放大器 积分器原理
运算放大器积分器原理运算放大器是一种电子设备，它具有放大输入信号的功能。
而积分器则是运算放大器的一种应用，它可以对输入信号进行积分运算。
本文将介绍运算放大器和积分器的原理及其应用。
一、运算放大器的原理运算放大器是一种具有高放大倍数和宽带宽的放大器。
它通常由一个差分放大器和一个输出级组成。
差分放大器负责放大输入信号，输出级将差分放大器的输出信号进行放大，并输出到负载上。
运算放大器的输入端通常有两个输入端子，分别为非反相输入端和反相输入端。
通过对这两个输入端的电压进行调节，可以控制运算放大器的放大倍数和相位。
二、积分器的原理积分器是一种对输入信号进行积分运算的电路。
在积分器电路中，运算放大器的反相输入端接地，非反相输入端与输出端相连。
通过这种连接方式，输入信号经过运算放大器放大后，又经过电容器的积分作用，形成输出信号。
积分器的输出信号是输入信号的积分值，通过调节输入信号的频率和振幅，可以实现对输出信号的控制。
三、积分器的应用积分器在实际应用中具有广泛的用途。
以下是一些常见的应用场景：1. 信号处理：积分器可以对输入信号进行积分运算，实现对信号的平滑处理和去噪处理。
例如，在音频信号处理中，积分器可以对音频信号进行去除低频噪声的处理，提高音频信号的质量。
2. 电压控制：积分器可以通过调节输入信号的频率和振幅，实现对输出电压的控制。
例如，在电压控制振荡器中，积分器可以对输入电压进行积分运算，实现对振荡频率的调节。
3. 电流控制：积分器可以通过对输入电流进行积分运算，实现对输出电流的控制。
例如，在电流控制驱动器中，积分器可以对输入电流进行积分运算，实现对电机的速度和位置的控制。
4. 信号发生器：积分器可以用作信号发生器，通过调节输入信号的频率和振幅，可以产生各种不同的输出信号。
例如，在频率合成器中，积分器可以产生高精度的频率合成信号。
总结：运算放大器是一种具有高放大倍数和宽带宽的放大器，积分器则是运算放大器的一种应用，可以对输入信号进行积分运算。
运放的各种用法
运放的各种用法
运放是指运放放大器，它是一种电子元件，可以放大电信号。
它常用于音频放大、电路缓冲以及信号放大等应用。
以下是运放的一些常见用法：
1. 音频放大：运放可以用于放大音频信号，例如在音响系统中，将低电平的音频信号放大到适宜的电平。
2. 滤波器：运放可以用于构建滤波器电路，实现对特定频段的信号进行放大或削弱，用于音频均衡或降噪等应用。
3. 比较器：运放可以用作比较器，将输入信号与参考电压进行比较，并输出高或低电平信号，常用于与其他电路的逻辑判断。
4. 仪器放大器：运放可以用作仪器放大器，放大微弱的信号以便于观测、测量。
例如用于放大心电图、体温计等传感器信号。
5. 双运放电压跟随器：双运放电压跟随器可以用来提供稳定的电源电压，适用于需要稳定电压的电路。
6. 缓冲器：运放可以用作电路缓冲器，将输入电路和输出电路隔离，避免对输入电路造成负载。
7. 数模转换器：运放可以用于将模拟信号转换成数字信号，常用于模拟信号的数字化处理。
需要注意的是，运放应用的具体方法和电路设计会受到具体要求的影响，因此在实际中需要根据具体情况进行选择和设计。
运算放大器原理及应用
集成运算放大器将电路的元器件和连线制作在同一硅片上，制成了集成电路。
随着集成电路制造工艺的日益完善，目前已能将数以千万计的元器件集成在一片面积只有几十平方毫米的硅片上。
按照集成度（每一片硅片中所含元器件数）的高低，将集成电路分为小规模集成电路(简称SSI) ，中规模集成电路(简称MSI), 大规模集成电路(简称LSI)和超大规模集成电路(VLSI)。
运算放大器实质上是高增益的直接耦合放大电路，集成运算放大器是集成电路的一种，简称集成运放，它常用于各种模拟信号的运算，例如比例运算、微分运算、积分运算等，由于它的高性能、低价位，在模拟信号处理和发生电路中几乎完全取代了分立元件放大电路。
集成运放的应用是重点要掌握的内容，此外，本章也介绍集成运放的主要技术指标，性能特点与选择方法。
一、集成运算放大器简介1. 集成运放的结构与符号1. 结构集成运放一般由4部分组成，结构如图1所示。
图1 集成运放结构方框图其中：输入级常用双端输入的差动放大电路组成，一般要求输入电阻高，差摸放大倍数大，抑制共模信号的能力强，静态电流小，输入级的好坏直接影响运放的输入电阻、共模抑制比等参数。
中间级是一个高放大倍数的放大器，常用多级共发射极放大电路组成，该级的放大倍数可达数千乃数万倍。
输出级具有输出电压线性范围宽、输出电阻小的特点，常用互补对称输出电路。
偏置电路向各级提供静态工作点，一般采用电流源电路组成。
2. 特点：142○1 硅片上不能制作大容量电容，所以集成运放均采用直接耦合方式。
○2 运放中大量采用差动放大电路和恒流源电路，这些电路可以抑制漂移和稳定工作点。
○3 电路设计过程中注重电路的性能，而不在乎元件的多一个和少一个 ○4 用有源元件代替大阻值的电阻 ○5 常用符合复合晶体管代替单个晶体管，以使运放性能最好 3. 集成运放的符号从运放的结构可知，运放具有两个输入端v P 和v N 和一个输出端v O ，这两个输入端一个称为同相端，另一个称为反相端，这里同相和反相只是输入电压和输出电压之间的关系，若输入正电压从同相端输入，则输出端输出正的输出电压，若输入正电压从反相端输入，则输出端输出负的输出电压。
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AD9618 OP37
SR = 1800 V/ μ S
SR = 17 V/ μ S
BWG 8000MHZ
BWG 63MHZ
CF357
SR = 50 V/ μ S BWG 20MHZ
高输入阻抗型
用于测量设备及采样保持电路中。 例如： AD549
IIB 0.040p A
Rid 1013
CF155/255/355
运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值， 运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。
1.1.3 通用运算放大器简介
μA741(F007)——1个运放 LM358——2个运放 LM324——4个运放
1.1.3 通用运算放大器简介
LM311——1个集成比较器
LM339——4个集成比较器
2. 电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到20千 欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代 替或外接。
3. 几十 pF 以下的小电容用PN结的结电容构成、 大电容要外接。
4. 二极管一般用三极管的发射结构成。
原理框图
与uo反相
反相 输入端
u–
同u相+
输入端
与uo同相
T1 T2
输
IS
入
级
+UCC
T4
理想运算放大器及其分析依据
运放的特点
ri 大: 几十k 几百 k KCMRR 很大 ro 小：几十 几百 A uo很大: 104 107
运放符号：
理想运放： ri KCMRR ro 0 Auo
2 消振
通常是外接RC消振电路或消振电容，用它来破坏产生自激振荡 的条件。是否已消振，可将输入端接地，用示波器观察输出端有 无自激振荡。目前由于集成工艺水平的提高，运算放大器内部已 有消振元件，毋须外部消振。
3 调零
调零时应将电路接成闭环。调零分两种，一种是在无输入时调零， 即将两个输入端接地，调节调零电位器，使输出电压为零。另一 种是在有输入时调零，即按已知输入信号电压计算输出电压，而 后将实际值调整到计算值。
4 保护
1)输入端保护
Rf
ui R1 R2
Δ
∞
－
uo
+
+
2)输出端保护
3)电源保护
Δ
Δ
ui R1 R2
Rf
∞
－
R
uo
+
+
∞
－
+ +
5 扩大输出电流
R1 ui
Δ
RF
∞
－ +
+
R2
+UCC
V1 D1
D2
V2 R3
+ RL uo
－
－UCC
1.2 运算放大器在信号运算方面的应用
运放线 性应用
信号的放大、运算 有源滤波电路
（2）输入级常采用复合三极管或场效应管，以减小输入 电流，增加输入电阻。
（3）输出级采用互补对称式射极跟随器，以进行功率放 大，提高带负载的能力。
1.1.2运算放大器的主要技术指标
1.开环电压放大倍数Auo
无外加反馈回路的差模放大倍数。一般在 105 107之间。理想运放的Auo为。
2.共模抑制比KCMMR
IIO 0.4 ~ 0.8nA d IIO 8 ~ 12 pA/C dT
大功率型
这种运放的输出功率可达1W以上， 输出电流可达几个安培以上。
例如： LM12 Io 10 A TP1465 Io 0.75 A
低功耗型
用于空间技术和生物科学研究中，工作于较低 电压下，工作电流微弱。 例如：
OP22 正常工作静态功耗可低至36 W。 OP290 在0.8 V电压下工作，功耗为24 W 。 CF7612 在5 V电压下工作，功耗为50 W 。
第一单元 运算放大器及其应用
梅山培训中心 陈礼明
1.1 运算放大器
集成电路Байду номын сангаас 将整个电路的各个元件做在同一个半导
体基片上。
集成电路的优点：
工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、 功耗小。
集成电路的分类：
模拟集成电路、数字集成电路； 小、中、大、超大规模集成电路；
1.1.1 运算放大器基本结构
1. 电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方 向一致，温度均一性好。
1.1.5 运算放大器使用时的主要事项
1 选用元件
通常是根据实际要求来选用运算放大器。如测量放大器的输人 信号微弱它的第一级应选用高输入电阻、高共模抑制比、高开 环电压放，大倍数、低失调电压及低温度漂移的运算放大器。 选好后，根据管脚图和符号图联接外部电路，包括电源、外接 偏置电阻、消振电路及调零电路等。
高速型和宽带型
用于宽频带放大器，高速A/D、D/A，高
速数据采集测试系统。这种运放的单位增益
带宽和压摆率的指标均较高，用于小信号放
大时，可注重fH或fc，用于高速大信号放大时， 同时还应注重SR。例如：
CF2520/2525 SR = 120 V/ μ s BWG = 20MHz
AD9620
SR = 2200 V/ μ S fH 600 MHZ
运算放大器外形图
1.1.4 特殊类型的运算放大器
为满足实际使用中对集成运放性能的特殊要求， 除性能指标比较适中的通用型运放外，还有适应不 同需要的专用型集成运放。它们在某些技术指标上 比较突出。
根据运算放大器的技术指标可以对其进行分类， 主要有通用、高速、宽带、高精度、高输入电阻和 低功耗等几种。
IIB 30p A
Rid 1012
高精度(低漂移型）
用于精密仪表放大器，精密测试系统，精密
传感器信号变送器等。 例如：
OP177 VIO 4μ V
IIO 0.3nA
dVIO 0.03μ V/ C d IIO 1.5pA/C
dT
dT
CF714 VIO 30 ~ 60 μ V
dVIO 0.3 ~ 0.5 μ V/ C dT
T3
T5
uo
中
输
间
出
级
级 UEE
对输入级的要求：尽量减小零点漂移,尽量提高 KCMRR , 输入阻抗 ri 尽可能大。
对中间级的要求：足够大的电压放大倍数。
对输出级的要求：主要提高带负载能力，给出足 够的输出电流io 。即输出阻抗 ro小。
集成运放的结构
（1）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二级一般 采用差动放大器。
常用分贝作单位，一般100dB以上。
1.1.2运算放大器的主要技术指标
3. 最大输出电压 UOPP 能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。
4. 开环差模电压增益 Auo
运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。 Auo 愈高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。
5. 输入失调电压 UIO 6. 输入失调电流 IIO 愈小愈好 7. 输入偏置电流 IIB 8. 共模输入电压范围 UICM