第十六章集成运算放大器概论
集成运算放大器全解
集成运算放大器全解
集成运算放大器的基本概念
集成运放是具有高开环放大倍数并带有深度负反馈的多级直接耦合放大电路。

1. 集成电路的特点
(1)在集成电路工艺中还难于制造电感元件和大容量电容，因此采用直接耦合。
(2)运算放大器的输入级都采用差分放大电路，其特点是输入电阻
高、抗干扰能力强、零漂小。
(3)在集成运算放大器中往往用晶体管恒流源代替电阻。
(4)集成电路中的二极管都采用晶体管构成，把发射极、基极、集电极三者适当组配使用。
2. 集成运算放大器的符号、管脚

3. 集成运放的基本特性
理想化的条件：(1)开环电压放大倍数Ao → ∞(2)差模输入电阻 ri → ∞(3)开环输出电阻ro → 0
4. 集成运放的电压传输特性

5. 理想运放的分析特点
理想运放工作在非线性区的分析依据
集成运算放大器在信号运算方面的应用1.反相输入放大电路
2.同相输入放大电路

电压跟随器:

3. 加法运算电路
4.差分运算电路
例题:电路如图所示，试求出电路输出电压uo的值。
集成运算放大器在信号处理方面的应用
1. 有源滤波器
所谓滤波器，就是一种选频装置，它允许信号的一部分频率分量通过而抑制另一部分频率分量。

2. 电压比较器
在自动控制系统中，如果要对一个模拟信号与另一个模拟信号的大小进行比较。
按比较的结果来决定执行机构的动作，则需要用比较器来完成。
电子技术16章集成运算放大器
运放的输入级通常采用差分放 大电路，其输入阻抗非常高， 可以等效为无穷大。这样，信 号源内阻对信号的影响很小， 有利于减小误差和提高电路的 稳定性。
运放内部电路设计经过优化， 具有较低的噪声和失真，能够 实现高保真度的信号放大。
在一定的输入范围内，运放的 输出信号与输入信号呈线性关 系，使得运放成为线性模拟电 路的基本元件之一。
电流传输特性
差分放大电路的电流传输特性是 指输出电流与输入电流之间的关 系，通常用短路电流增益来表示 。
集成运算放大器的传输特性
开环传输特性
集成运算放大器的开环传输特性是指 在没有负反馈的情况下，输出信号与 输入信号之间的关系。
闭环传输特性
集成运算放大器的闭环传输特性是指 存在负反馈的情况下，输出信号与输 入信号之间的关系。
详细描述
开环电压增益反映了集成运算放大器对微弱信号的放大能力，其值越大，表示放大器的放大能力越强。在实际应 用中，集成运算放大器的开环电压增益通常在100分贝以上。
输入电阻和输出电阻
总结词
输入电阻和输出电阻是衡量集成运算放大器对信号的传输能力和负载驱动能力的指标。
详细描述
输入电阻表示集成运算放大器对信号源的负载能力，其值越大，对信号源的影响越小。输出电阻表示 集成运算放大器带负载的能力，其值越小，带负载能力越强。在实际应用中，输入电阻通常在兆欧级 别，而输出电阻在几百千欧左右。
输出信号失真
总结词
输出信号失真可能是由于输入信号失真、反馈电路参数不匹配或电路元件参数不匹配等 原因引起的。
详细描述
当输出信号失真时，应检查输入信号是否失真，同时调整反馈电路的参数使其与电路元 件匹配，以确保输出信号的保真度。
集成运算放大器发热严重
电工学电子技术第七版第十六章答案
′ − R 3 i3 = u o ′ − R3 i 4 = u o ′ + R3 ∴ uo = uo ∴ Auf = u0 R R = − F (1 + 3 ) ui R1 R4
16.2.6 【解】 ：
求图 16.05 所示电路的 ui 与 uo 的运算关系式。
RF
w
R u o1 = − F ui R1 uo 2 R = −u o1 = F ui R1
hd aw
U
R1 R3 IB IC R2
T
传感器取得监控信号 u i ， U R 是参考电压，当 u i 超过正常值时，报警灯亮，试说明其工作
D
习题 16.3.2 图
.c
报警指示灯
om
wt (U R = −3V )
0
wt
(U R = 3V )
【解】 ：
Q V A = V− = E ∴ i0 = VA E = R R
ui
0
t 图16.18 习题16.2.22的图
∴ u0 = −
16.3.1
w w
w
4R u c = 6(e R
2 RC
− 1)mV
在图 16.23 中，运算放大器的最大输出电压 U opp = ±12V ，稳压管的稳定电压
U Z = 6V ，其正向压降 U D = 0.7V u i = 12 sin wtV ，当参考电压 U R = +3V 和-3V 两种
16.3.2
图 16.24 是监控报警装置，如需对某一参数（如温度，压力等）进行监控时，可由
原理。二极管 D 和电阻 R3 在此起何作用？
UR
ui
w w
w
【解】 ：运放处于开环工作状态，为比较器。当 u i < u R 时，u o = −U Sat ，T 处于截止状态，
集成运算放大器基础知识概论
集成运算放大器基础知识目前广泛应用的电压型集成运算放大器是一种高放大倍数的直接耦合放大器。
在该集成电路的输入与输出之间接入不同的反馈网络，可实现不同用途的电路，例如利用集成运算放大器可非常方便的完成信号放大、信号运算（加、减、乘、除、对数、反对数、平方、开方等）、信号的处理（滤波、调制）以及波形的产生和变换。
集成运算放大器的种类非常多，可适用于不同的场合。
3.2.1 集成运算放大器的分类按照集成运算放大器的参数来分，集成运算放大器可分为如下几类。
1．通用型运算放大器通用型运算放大器就是以通用为目的而设计的。
这类器件的主要特点是价格低廉、产品量大面广，其性能指标能适合于一般性使用。
例μA741（单运放）、LM358（双运放）、LM324（四运放）及以场效应管为输入级的LF356都属于此种。
它们是目前应用最为广泛的集成运算放大器。
2．高阻型运算放大器这类集成运算放大器的特点是差模输入阻抗非常高，输入偏置电流非常小，一般r id＞（109~1012）Ω，I IB为几皮安到几十皮安。
实现这些指标的主要措施是利用场效应管高输入阻抗的特点，用场效应管组成运算放大器的差分输入级。
用FET作输入级，不仅输入阻抗高，输入偏置电流低，而且具有高速、宽带和低噪声等优点，但输入失调电压较大。
常见的集成器件有LF356、LF355、LF347（四运放）及更高输入阻抗的CA3130、CA3140等。
3．低温漂型运算放大器在精密仪器、弱信号检测等自动控制仪表中，总是希望运算放大器的失调电压要小且不随温度的变化而变化。
低温漂型运算放大器就是为此而设计的。
目前常用的高精度、低温漂运算放大器有OP-07、OP-27、AD508及由MOSFET组成的斩波稳零型低漂移器件ICL7650等。
4．高速型运算放大器在快速A/D和D/A转换器、视频放大器中，要求集成运算放大器的转换速率S R一定要高，单位增益带宽BW G一定要足够大，像通用型集成运放是不能适合于高速应用的场合的。
集成运算放大器
量精度的影响
在集成电路的输入与输出接入不同的反馈网络，可实现不同用途的电路，例如利用集成运算放大器可
4 非常方便的完成信号放大、信号运算(加、减、乘、除、对数、反对数、平方、开方等)、信号的处理
(滤波、调制)以及波形的产生和变换
集成运算放大器
01.
集成运算放大器的种类非常多，可适用于不同的场合.运算放大器在电路中发挥重要的 作用，其应用已经延伸到汽车电子、通信、消费等各个领域，并将在支持未来技术方面 扮演重要角色
02.
在运算放大器的实际应用中，设计工程师经常遇到诸如选型、供电 电路设计、偏置电路设计、PCB设计等方面的问题
-TLeabharlann ANKS载的电源为可变电压电源，R1负载的电流也是保持固定不变，达到恒流的效果
2 1.9 热电阻测量电路
电路是典型的热电阻 / 电偶的测量电路，其测量思路为：将 1-10mA 的恒流源加于负载，将会在负载
3
上产生一定的电压，将该电压进行有源滤波处理，处理后在进行信号的调整(信号放大或衰减)，最后 将信号送入 ADC 接口。该电路应用时，要注意在输入端施加保护，可以并 TVS，但要注意节电容对测
1.6 滤波器
集成运算放大器
由集成运放可以组成一阶滤波器和二阶滤波器，其中一阶滤波器有20dB每倍频的幅频特 性，而二阶滤波器有40dB每倍频的幅频 特性。为了阻挡由于虚地引起的直流电平，在运放的输入端 串入了输入电容Cin，为了不影响电路的幅频特性，要求这个电容是 C1的100倍以上，如果滤波器还 具有放大作用，则这个电容应是C1的1000倍以上，同时，滤波器的输出都包含了Vcc/2的直流偏 置，如果电路是最后一级，那么就必须串入输出电容
1.3 数字信号处理
集成运算放大器的基础知识图解课件
选择合适的集成运算放大器
01
02
03
04
根据应用需求选择合适的类型 和规格。
考虑集成运算放大器的性能参 数，如带宽增益积、精度、噪
声等。
考虑集成运算放大器的功耗和 散热性能。
考虑集成运算放大器的封装形 式和引脚排列，以便于电路设
计和连接。
05 集成运算放大器的常见应 用电路
反相比例运算电路
总结词
02 集成运算放大器的基本结 构与工作原理
差分输入级
差分输入级是集成运算放大器 的核心部分，负责将差分输入 信号转换为单端输出信号。
它通常由两个对称的晶体管组 成，能够有效地抑制温漂和减 小噪声干扰。
差分输入级的作用是提高放大 器的输入电阻和共模抑制比， 从而提高信号的信噪比。
电压放大级
电压放大级是集成运算放大器中 用于放大输入信号的级，通常由
微分电路
总结词
微分电路是一种将输入信号进行微分运算的 电路，通常用于测量变化快速的物理量。
详细描述
在微分电路中，输入信号通过电阻R1和电 容C加到集成运算放大器的反相输入端，输 出信号通过反馈电阻RF反馈到反相输入端 。由于电容C的充电和放电过程，输出信号 与输入信号的时间导数成正比，从而实现微 分运算。微分电路常用于测量流量、振动等 变化快速的物理量。
06 集成运算放大器的使用注 意事项与故障排除
使用注意事项
避免电源电压过高或过低
集成运算放大器的正常工作电压范围 有限，过高或过低的电压可能导致器 件损坏。
输入信号幅度控制
输入信号幅度过大可能导致集成运算 放大器过载，影响性能甚至损坏器件 。
避免直流偏置
直流偏置可能导致集成运算放大器性 能下降，甚至无法正常工作。
集成运算放大器的原理与应用讲解
集成运算放大器的原理与应用讲解1. 什么是集成运算放大器（Op Amp）？•集成运算放大器（Op Amp）是一种高增益、直流耦合、差分放大器，常被用于放大、滤波和电压比较等电路应用。
•Op Amp是一种集成电路芯片，通常包含多个晶体管、电阻和电容等被精确布局在一个芯片上。
2. 集成运算放大器的原理•Op Amp的核心是差动放大器，由两个输入端（非反馈端和反馈端）和一个输出端组成。
•在差动放大器中，非反馈端的输入信号被放大器放大，然后通过反馈回到非反馈端，从而形成放大器的反馈机制。
•Op Amp的增益由开环增益和反馈网络的配置决定。
3. 集成运算放大器的主要特性•增益：Op Amp具有非常高的开环增益，通常在105到108之间。
•输入阻抗：Op Amp的输入阻抗非常大，通常在106到1012欧姆之间。
•输出阻抗：Op Amp的输出阻抗非常小，通常在几十欧姆以下。
•带宽：Op Amp的带宽是指在给定增益下能够传输信号的频率范围。
4. 集成运算放大器的应用4.1 可逆放大器•可逆放大器是Op Amp最常见的应用之一，采用负反馈的方式将输出信号的一部分反馈到输入端。
•可逆放大器可以用于放大和滤波等电路，常用的配置包括反向放大器、比例放大器和积分器等。
4.2 比较器•Op Amp可以作为比较器使用，将输入信号与一个参考电压进行比较，输出高电平或低电平。
•比较器广泛应用于电压比较、电压检测和信号切换等电路。
4.3 运算放大器•运算放大器是一种特殊的Op Amp应用，采用负反馈的方式实现各种算术运算。
•常见的运算放大器电路包括加法器、减法器、乘法器和除法器等。
4.4 滤波器•Op Amp可以用于构建各种类型的滤波器，如低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器等。
•滤波器可以用于信号调整、降噪和频谱分析等应用。
5. 集成运算放大器的选择与设计•在选择和设计集成运算放大器时，需要考虑参数如增益、输入阻抗、输出阻抗、带宽和供电电压等。
第16章集成运算放大器精品PPT课件
第16章 集成运算放大器
第16章 集成运算放大器
16.1 集成运算放大器的简单介绍 16.2 运算放大器在信号运算方面的运用 16.3 运算放大器在信号处理方面的运用 16.5 使用运算放大器应注意的几个问题
本章要求：
1. 了解集成运放的基本组成及主要参数的意义。 2. 理解运算放大器的电压传输特性，理解理想
u0
(1
RF R1
)ui
结论：
① Auf 为正值，即 uo与 ui 极性相同。∵ ui 加 在同相输入端。
② Auf只与外部电阻 R1、RF 有关，与运放本 身参数无关。
③ Auf ≥ 1 ，不能小于 1 。 ④ u- = u+ ≠ 0 ，反相输入端不存在“虚地”现象。
当 R1= 或 RF = 0 时， uo = ui ， Auf = 1，
② i+= i– 0 ，仍存在“虚断”现象
16.2 运算放大器 在信号运算方面的运用
16.2.1 比 例 电 路 16.2.2 加 法 运 算 电 路 16.2.3 减 法 运 算 电 路 16.2.4 积 分 运 算 电 路 16.2.5 微 分 运 算 电 路
16.2.1 比例运算
1. 反相比例运算
（1）电路组成 if RF
+ ui
i1
R1
i–
– +
+
– R2 i+
+ u–o
（2）电压放大倍数
∵ 虚断，i+= i– = 0 ，
∴ i1 if
i1
ui
u R1
if
u u0 RF
∵ 虚短 ∴ u– = u+ = 0， 称反相输入端“虚
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Ui1 ③
T1 IE
T3
T5 ① R1
T8
T9
I8 2IB9
IC9
IB12 IB13 2IB13 T13
T2 Ui2 ②I34
IR R5
R6
30Pf
T4
R7 T15
T7
I10
T6
T10
T11
R2 R3 ⑤
R4
T16 T17
F007的内部电路图
＋15V ⑦
D1
T14
2. 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。
3. 输入失调电压 UIO 4. 输入失调电流 IIO 愈小愈好 5. 输入偏置电流 IIB 6. 共模输入电压范围 UICM 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。
后面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。
16.1.4 理想运算放大器及其分析依据
2. 电压传输特性 uo= f (ui)
+Uo(sat) uo
理想特性
线性区
u–
u+– u– u+
–+
uo
+
O
实际特性
饱和区
理想运算放大器图形符号
–Uo(sat)
线性区： uo = Auo(u+– u–)
非线性区：
集成电路 是把整个电路的各个元件以及相互之 间的联接同时制造在一块半导体芯片上, 组成一个不 可分的整体。
集成电路特点：体积小、重量轻、功耗低、可 靠性高、价格低。
按集成度 小、中、大和超大规模 集成电路分类 按导电类型 双、单极性和两种兼容
按功能 数字和模拟
16.1.1 集成运算放大器的特点
1. 元器件参数的一致性和对称性好； 2. 电阻的阻值受到限制，大电阻常用三极管恒流 源代替，电位器需外接； 3. 电容的容量受到限制，电感不能集成，故大电 容、电感 和变压器均需外接； 4. 二极管多用三极管的发射结代替。
16.2.1 比例运算
1.反相比例运算
(1) 电路组成 if RF
i1 R1 i–
+ ui
– +
+
+
uo
–
R2 i+
–
(2) 电压放大倍数
因虚断，i+= i– = 0 ，
所以 i1 if
i1
ui
u R1
if
u uo RF
因虚短, 所以u–=u+= 0， 称反相输入端“虚地”—
反相输入的重要特点
R8
D2
⑥
R9
T18 T19 －15V
④
信号传 输方向
实际运放开环
反相
+UCC 电压放大倍数
输入端
u–
u+
同相 输入端
Auo
– +
+
–UEE
uo 输出端
(a)
+UCC输出
87 6 5 F007
12 3 4 U- U+ -UCC
(b)
集成运算放大器的管脚和符号 (a) 符号; (b)引脚
输入级 偏置电路
各类型号集成芯片
16.1.2 电路的简单说明
输入级 中间级
输出级
偏置 电路
运算放大器方框图
输入级：输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干 扰信号，都采用带恒流源的差分放大器 。
中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源 的共发射极放大电路构成。
输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载 能力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。
u+> u– 时， uo = +Uo(sat) u+< u– 时， uo = – Uo(sat)
3. 理想运放工作在线性区的特点
u– u+
i– – i+
& = Auo(u+– u– ) uo 所以(1) 差模输入电压约等于 0
即 u+= u– ,称“虚短”
电压传输特性
(2) 输入电流约等于 0
uo +Uo(sat)
即 i+= i– 0 ,称“虚断”
线性区
O
u+– u–
Auo越大，运放的 线性范围越小，必
–Uo(sat)
须加负反馈才能使 其工作于线性区。
4. 理想运放工作在饱和区的特点
电压传输特性
uo +Uo(sat)
饱和区
O
u+– u–
–Uo(sat)
(1) 输出只有两种可能, +Uo(sat) 或–Uo(sat) 当 u+> u– 时， uo = + Uo(sat) u+< u– 时， uo = – Uo(sat) 不存在 “虚短”现象
以后如不加说明，输入、 输出的另一端均为地()。
同相输入 T8
T9 T12
T1
+ T3
T2
–
T4
反相输入 C
R5
中间级
T13
R7 T18
R8
输出级
+UCC
T14
输出
T15 R9 uo
T7
T5
T6 T10
T16 T17
T11 T19
R10
T20
R1
R3 R2 R4
R12
R11
集成运放 741的电路原理图
-UEE
16.1.3 主要参数
1. 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。
运算放大器并掌握其基本分析方法； 3. 理解用集成运放组成的比例、加减、微分和
积分运算电路的工作原理，了解有源滤波器 的工作原理； 4. 理解电压比较器的工作原理和应用。
16.1 集成运算放大器的简单介绍
集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多 级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的 一种模拟集成电路。
第16章 集成运算放大器
第16章 集成运算放大器
16.1 集成运算放大器的简单介绍 16.2 运算放大器在信号运算方面的应用 16.3 运算放大器在信号处理方面的应用 16.4 运算放大器在波形产生方面的应用
第16章 集成运算放大器
本章要求
1. 了解集成运放的基本组成及主要参数的意义； 2. 理解运算放大器的电压传输特性，理解理想
(2) i+= i– 0,仍存在“虚断”现象
16.2 运算放大器在信号运算方面的运用
集成运算放大器与外部电阻、电容、半导体器 件等构成闭环电路后，能对各种模拟信号进行比例、 加法、减法、微分、积分、对数、反对数、乘法和 除法等运算。
运算放大器工作在线性区时，通常要引入深度 负反馈。所以，它的输出电压和输入电压的关系基 本决定于反馈电路和输入电路的结构和参数，而与 运算放大器本身的参数关系不大。改变输入电路和 反馈电路的结构形式，就可以实现不同的运算。
16.1.4 理想运算放大器及其分析依据
在分析运算放大器的电路时，一般将它看成是理
想的运算放大器。理想化的主要条件：
1. 开环电压放大倍数 2. 开环输入电阻 3. 开环输出电阻 4. 共模抑制比
Auo
rid ro 0
KCMRR
由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件，
用理想运算放大器分析电路可使问题大大简化, 为此,