集成运放电路的设计
集成运算放大器的设计方法
集成运算放大器的设计方法运算放大器电路大全我们经常看到很多非常经典的运算放大器应用图集，但是这些应用都建立在双电源的基础上，很多时候，电路的设计者必须用单电源供电，但是他们不知道该如何将双电源的电路转换成单电源电路。
在设计单电源电路时需要比双电源电路更加小心，设计者必须要完全理解这篇文章中所述的内容。
1．1 电源供电和单电源供电所有的运算放大器都有两个电源引脚，一般在资料中，它们的标识是VCC＋和VCC－，但是有些时候它们的标识是VCC＋和GND。
这是因为有些数据手册的作者企图将这种标识的差异作为单电源运放和双电源运放的区别。
但是，这并不是说他们就一定要那样使用――他们可能可以工作在其他的电压下。
在运放不是按默认电压供电的时候，需要参考运放的数据手册，特别是绝对最大供电电压和电压摆动说明。
绝大多数的模拟电路设计者都知道怎么在双电源电压的条件下使用运算放大器，比如图一左边的那个电路，一个双电源是由一个正电源和一个相等电压的负电源组成。
一般是正负15V，正负12V和正负5V也是经常使用的。
输入电压和输出电压都是参考地给出的，还包括正负电压的摆动幅度极限Vom以及最大输出摆幅。
单电源供电的电路(图一中右)运放的电源脚连接到正电源和地。
正电源引脚接到VCC＋，地或者VCC－引脚连接到GND。
将正电压分成一半后的电压作为虚地接到运放的输入引脚上，这时运放的输出电压也是该虚地电压，运放的输出电压以虚地为中心，摆幅在Vom 之内。
有一些新的运放有两个不同的最高输出电压和最低输出电压。
这种运放的数据手册中会特别分别指明Voh 和Vol 。
需要特别注意的是有不少的设计者会很随意的用虚地来参考输入电压和输出电压，但在大部分应用中，输入和输出是参考电源地的，所以设计者必须在输入和输出的地方加入隔直电容，用来隔离虚地和地之间的直流电压。
(参见1.3节)图一通常单电源供电的电压一般是5V，这时运放的输出电压摆幅会更低。
另外现在运放的供电电压也可以是3V 也或者会更低。
集成运算放大电路实验报告
电子技术基础实验与课程设计------运算放大器基本放大电路实验目的1.通过实验，进一步理解集成运算放大器线性应用电路的特点。
2.掌握集成运算放大器基本线性应用电路的设计方法。
3.了解限幅放大器的转移特性以及转移特性曲线的绘制方法。
集成运算放大器放大电路概述集成电路是一种将“管”和“路”紧密结合的器件，它以半导体单晶硅为芯片，采用专门的制造工艺，把晶体管、场效应管、二极管、电阻和电容等元件及它们之间的连线所组成的完整电路制作在一起，使之具有特定的功能。
集成放大电路最初多用于各种模拟信号的运算（如比例、求和、求差、积分、微分……）上，故被称为运算放大电路，简称集成运放。
集成运放广泛用于模拟信号的处理和产生电路之中，因其高性价能地价位，在大多数情况下，已经取代了分立元件放大电路。
1.1反相比例放大电路输入输出关系: 输入电阻: Ri=R1 输出电阻: Ro=01.1.1设计要求1.1.2选择器件与多数计算通过查找资料选用TL082集成运放设计放大12倍。
反相比例放大电路仿真电路图i oV R R V 12-=i R o V R R V R R V 1212)1(-+=输入与输出电压所以输出放大倍数 =12电压输入输出波形图i oV R R V 12-=1.2同相比例放大电路输入输出关系: 输入电阻: Ri=∞ 输出电阻: Ro=0 1.2.1设计要求1.2.2选择器件与多数计算通过查找资料选用TL082集成运放设计放大12倍。
i o V RRV )1(12+=R o V R RV R R V 12i 12)1(-+=同相比例放大电路仿真电路图输入与输出电压所以输出放大倍数： =12 电压输入输出波形图i o V RRV )1(12+=1.3微分电路R fU iR 2U oC 1foi R U dt dU C -=1dtdU C R U if o 1-=max 1)(dtdU U C R i oM f ≤实用微分电路RC1=RfC电路的输出电压为o u 为：21io du u R C dt =- 式中，21R C 为微分电路的时间常数。
实验五 集成运算放大器的基本运算电路(2)
实验五 集成运算放大器的基本运算电路一、实验目的1、研究由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。
2、正确理解运算电路中各组件参数之间的关系和“虚短”、“虚断”、“虚地”的概念。
二、设计要求1、设计反相比例运算电路，要求|A uf |=10，R i ≥10K Ω，确定外接电阻组件的值。
2、设计同相比例运算电路，要求|A uf |=11，确定外接电阻组件值。
3、设计加法运算电路，满足U 0=-（10U i1+5U i2）的运算关系。
4、设计差动放大电路（减法器），要求差模增益为10，R i >40K Ω。
5、应用Multisim8进行仿真，然后在实验设备上实现。
三、实验原理1、理想运算放大器特性集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。
当外部接入不同的元器件组成负反馈电路时，可以实现比例、加法、减法、积分、微分等模拟运算电路。
理想运放，是将运放的各项技术指标理想化，满足下列条件的运算放大器称为理想运放。
开环电压增益 A ud =∞ 输入阻抗 r i =∞ 输出阻抗 r o =0 带宽f BW =∞失调与漂移均为零等。
理想运放在线性应用时的两个重要特性： (1)输出电压U O 与输入电压之间满足关系式U O ＝A ud （U +－U －）由于A ud =∞，而U O 为有限值，因此，U +－U －≈0。
即U +≈U －，称为“虚短”。
(2)由于r i =∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即I IB ＝0，称为“虚断”。
这说明运放对其前级吸取电流极小。
上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。
2、基本运算电路 (1)反相比例运算电路电路如图2.5.1所示。
对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻R 2＝R 1//R F 。
图2.5.1反相比例运算电路图2.5.2反相加法运算电路(2) 反相加法电路i 1F O U R R U -=电路如图2.5.2所示，输出电压与输入电压之间的关系为)U R RU R R (U i22F i11F O +-=R 3＝R 1//R 2//R F (3)同相比例运算电路图2.5.3(a)是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为i 1FO )U R R (1U +=R 2＝R 1//R F 当R 1→∞时，U O ＝U i ，即得到如图2.5.3(b)所示的电压跟随器。
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。
集成运放的电路组成及其各部分的作用
集成运放的电路组成及其各部分的作用
集成运放是一种高电压放大倍数的多级直接耦合放大电路，由四部分组成：输入级、中间级、输出级和偏置电路，原理框图如图1所示。
它有两个输入端，一个输出端，如图中所标up 、un、uo。
均以“地”为公共端。
图1 集成运放原理框图1、输入级
输入级往往是一个高性能的双端输入差动放大电路。
一般要求其输入电阻高，差模电压放大倍数大，抑制共模信号的力量强，静态电流小。
输入级的好坏直接影响集成运放的大多数性能参数，如输入电阻、共模抑制比等。
2、中间级
中间级的作用是使集成运放具有较强的放大力量，多采纳共射（或共源）放大电路。
而且为了提高电压放大倍数，常常采纳复合管做放大管，以恒流源做集电极负载。
其电压放大倍数可以达到千倍以上。
3、输出级
输出级应具有输出电压线性范围宽、输出电阻小（即带负载力量强）、非线性失真小等特点。
集成运放的输出级多采纳互补对称功率放大电路。
4、偏置电路
偏置电路用于设置集成运放内部各级电路的静态工作点。
与分立元件不同，集成运放通常采纳电流源电路为各级供应合适的集电极（或
放射极、漏极）静态工作电流，从而确定了合适的静态工作点。
集成运放的线性应用电路
集成运放的线性应用电路首先需要熟悉理想集成运放基本特性：1）开环差模增益（放大倍数）Aod=∞；2）差模输入电阻Rid=∞；3）输出电阻Ro=0；这是理解电路的基础。
uo=Aod*(up-un)。
uo=Aod*(up-un)其次还需要清楚，运放的组成是三极管所组成的单元，需要（电源）才能够正常工作，为此实际工作时，需要有电源为其供电提供输出能量。
最后，必须清楚的是，uo输出的范围在供电电源电压之内变化，如果理论输出值大于电压电压范围，则运放处于非线性区，只能输出最大值或最小值，这种情况下是不能进行线性运算的。
结论：运放处在放大区必然需要负反馈电路结构；因uo一定，其除以Aod，便可以得到up-un=uo/Aod=0的结果，必有虚短up=un 的特性；因Rid=∞，必有虚断ip=0，in=0的特性。
例题1（1）电压串联负反馈组态；（2）补偿电阻功能在于使运放外电路平衡，即同相端与反相端对地电阻相等。
这时需要采用这一特性，即ui=0时，uo=0。
所以有R5=R1//（R2+R4//R3）;（3）因ip=0A，所以up=0V，所以un=0V（相当于接地，术语“虚地”）；Ro 由于是电压负反馈，电路具有稳定电压功能，所以Ro=0;(4)在M点采用节点（电流）法，需要提前标注好电流方向，然后列方程即可。
i3=i2+4（M点节点电流）;i1+i2=in（反向端节点电流，in=0）；i1=(ui-0)/R1;i2=（uM-0/R2）;i3=(uo-uM)/R3;i4=(uM-0)/R4由此可推导出：uo=R3*uM*(1/R2+1/R3+1/R4),uM=-R2/R1。
例题2uo1=-（Rf）/R1*ui（反向比例运算）；uo2=-R/R*uo1=-uo1（反向比例运算）；uo=uo2-uo1=uo2-uo1=-uo1-uo1=-2uo1=2Rf/R1*ui当Rf=R1时，uo=2ui。
. 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。
实验：集成运算放大器应用(加减运算电路设计)
2021/3/10
讲解：XX
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图6－3 同相比例放大器
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讲解：XX
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3．加法器
电路如图6－4所示。当运算放大器开环 增益足够时，运算放大器的输人端为虚地， 三个输入电压可以彼此独立地通过自身的输 入回路电阻转换为电流，能精确地实现代数 相加运算。根据虚断和虚短的概念，有
Ui1 Ui2 Ui3 UO
UO 10Ui
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讲解：XX
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图6－6 反相比例放大器
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讲解：XX
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在该比例放大器的输人端加人下列电压值
测出放大器的输出电压值。
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讲解：XX
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2 同相跟随器 实验电路按图6－7连接，使其满足下列
关系式：
在该放大器的输人端加人下列电压值,
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R1 R2 R3
RF
UOR RF 1Ui1R RF 2Ui2R RF 3Ui3
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讲解：XX
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4 减法器
电路如图6－5所示。当运算放大器开环 增益足够大时，输出电压Uo为：
在电阻值严格匹配的情况下，电路具有 较高的共模抑制能力。
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讲解：XX
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图6－5 减法器电路
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讲解：XX
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4 设计加减法电路
（1）设计一个加法电路，使其满足下列关系式：。
①输入信号Ui1、Ui2都是频率为1kHz的正弦信号，幅度分 别为U1p-p＝100mV，U2p-p＝200mV，观测输出是否满足 设计要求。
②输入信号Ui1是频率为1kHz，幅度为U1p-p＝100mV的正 弦信号，Ui2是直流电压（＋0.5V），观测输出是否满足设 计要求（注意输入信号中有直流电压使输出信号中含有直流 分量后与输出为纯交流信号的不同）。
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一设计目的
1.集成运算放大电路当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反
馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系，在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分等模拟运算电路。
2.本课程设计通过Mulitisim编写程序几种运算放大电路仿真程序，通过输入
不同类型与幅度的波形信号，测量输出波形信号对电路进行验证，并利用Protel软件对实现对积累运算放大电路的设计，并最终实现PCB版图形式。
二设计工具：计算机，Mulitisim，Protel软件
三设计任务及步骤要求
1)通过Mulitisim编写程序运算放大电路仿真程序，通过输入不同类型与
幅度的波形信号，测量输出波形信号对电路进行验证。
输入电压波形可以任意选取，并且可对输入波形的运算进行实时显示，并进行比较；
2)对设计完成的运算放大电路功能验证无误后，通过Protel软件对首先对电
路进行原理图SCH设计，要求：所有运算放大电路在一张原理图上；
输入输出信号需预留接口；
3)设计完成原理图SCH后，利用Protel软件设计完成印制板图PCB，要求：至
少为双层PCB板；
四设计内容
1集成运算放大器放大电路概述
集成电路是一种将“管”和“路”紧密结合的器件，它以半导体单晶硅为芯片，采用专门的制造工艺，把晶体管、场效应管、二极管、电阻和电容等元件及它们之间的连线所组成的完整电路制作在一起，使之具有特定的功能。
集成放大电路最初多用于各种模拟信号的运算（如比例、求和、求差、积分、微分……）上，故被称为运算放大电路，简称集成运放。
集成运放广泛用于模拟信号的处理和产生电路之中，因其高性价能地价位，在大多数情况下，已经取代了分立元件放大电路。
2集成运放芯片的选取和介绍
由于LM324具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，而本次电子设计实验对精度要求不是非常高,LM324完全满足要求,因此我们这里选用LM 324作为运放元件
LM324是四运放集成电路,它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图。
它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。
每一组运算放大器可如图所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。
两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。
LM324的引脚排列见图。
3运放电路基本原理及其Mulitisim仿真
3.1．同相比例运放电路
同向比例运放电路组成如图1所示 ，将输入电阻R 1接地，并且将输入信号加载道+输入端。
u o
u i
+
-+
R f
R 1
图1
电压在通过由反馈电阻R f 和输入电阻R 1组成的分压电路的时候产生压降，中间位置的电压V -为：
out f V R R R V ))/((11+=- (8)
根据理想运放的性质1，运放的输入电压△V 为零，因此V in =V -。
重新排列公式
in f out V R R V )/1(1+= (9)
通用运放的闭环增益为G=1+R f /R 1，并且不会改变输入信号的符号。
从中可以看出电路的输入阻抗Z i 很大。
A R R R Z Z f in i ))/((11+= (10)
式中，Z in 为实际运放的输入阻抗(大约为20m Ω，且由于电路的开环增益A 很大，输出阻抗Z 0趋紧于零，因此，同向比例运放电路能够以有限的增益有效地对输入电路进行缓冲。
同相比例运放电路仿真电路图
输入电压输出电压
所以输出放大倍数： 310/28= 11 = 电压输入输出波形图如下
i o
V
R
R V)
1(
1
2
+
=
3.2．反比例运放电路
图2中所示的电路是最常见的运放电路，它显示出了如何在牺牲增益的条件下获得稳定，线性的放大器。
标号为R
f
的反馈电阻用于将输出信号反馈作用于输入
端，反馈电阻连接到负输入端表示电路为负反馈连接。
输入电压V
1
通过输入电
阻R
1产生了一个输入电路i
1。
电压差△V加载在+、—输入端之间，放大器的正
输入端接地。
图2
利用回路公式计算传输特性：
输入回路：
V
R
i
V∆
+
=
1
1
1
(2)反馈回路：
V R i V f f out ∆+-= (3)
求和节点
in f i i i +-=1 (4)
增益公式：
V A V out ƥ-= (5)
由以上4个式子可以得到输出：
Z R V Z i V in out /)/(/11-= (6)
式中，闭环阻抗Z=1/R f +1/AR f +1/R f 。
反馈电阻和输入电阻通常都较大)(Ωk 级，并且A 很大(大于100000)，因此Z=1/R f 。
更进一步，△V 通常很小(几微伏)且放大器的输入阻抗Z in 很大(大约ΩM 10),那么输入输入电流(I in =△V/Z in )非常小，可以认为为零。
则传输曲线变为：
111)()/(V G V R R V f out -=-= (7)
式中，R f /R 1的比值称为闭环增益G ，负号表示输出反向。
闭环增益可以通过选择两个电阻R f 和R 1来设定。
反比例运算仿真电路图
输入电压输出电压
所以输出放大倍数-337/28 = -12 =输入输出电压波形
i o
V
R
R
V
1
2
-
=
3.3运放微分电路
经调试选取C1=1uf Rf=2k 可调 R2=1k
运算微分电路图
R f
U i
R 2
U o
C 1
f
o
i R U dt dU C -=1dt
dU C R U i
f o 1
-=max 1)(dt
dU U C R i oM f ≤。