电子技术基础第五章集成运算放大器
电子技术基础课后习题答案五章
第五章集成运算放大器5-1 什么是直接耦合放大器？它试用于那些场合？与阻容耦合放大器相比有哪些优点？答：用来放大缓慢变化的信号或某个直流量的变化（统称为直流信号）的放大电路，称为直流放大器。
适用于放大缓慢变化的低频信号和交流信号，与阻容耦合放大器相比能够放大缓慢的低频信号，不紧能够放大直流信号，也可以放大交流信号。
5-2 直接耦合放大器有什么特殊问题？在电路上采取什么办法来解决？答：直接耦合放大器采用直接耦合方式，因而带来了前后级的静态工作点相互影响，相互牵制的特殊问题。
因此在电路的V2的射级上加接了R e2 ，抬高了V2管的射级电位，或者将R e2换成稳压二极管V Z ，采用NPN和PNP管组成的互补耦合电路。
5-3 解释：共模信号、差模信号、共模放大倍数、差模放大倍数、共模抑制比。
答：共模信号：在差分放大电路中，把大小相等，极性相同的输入信号称为共模信号；差模信号：在差分放大电路中，把大小相等，极性相反的输入信号称为差模信号；共模放大倍数：在差分放大电路中，共模放大倍数为双输出端的差值，为零，这样更好的抑制了零点漂移现象。
差模放大倍数：在差分放大电路中，差模放大倍数为双输出端的差值，放大倍数为A vd = -βvOvI = -βRcrbe，该电路多用一只三极管以换取对零点漂移的抑制共模抑制比：差模放大倍数与共模放大倍数的比值称为共模抑制比K CMR =AvdAvc当电路完全对称时A vc为零，则共模抑制比K CMR 无穷大。
5-4 集成运放由哪几部分组成？试分析其作用。
答：集成运放主要由以下部分组成输入级：由差分电路组成，应用该电路的目的是力求较低的“零飘”和较高的共模抑制比；中间级：高增益的电压放大电路组成；输出级：三极管射极输出器互补电路组成；偏置电路：为集成运放各级电路提供合适而稳定的静态工作点。
5-5 集成运放有哪些常用参数？解释这些参数的含义。
答：（1）开环差模电压放大倍数 A VO无反馈时集成运放的放大倍数。
电工电子学_集成运算放大器
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9.3 集成运放在信号运算方面的应用
由于开环电压放大倍数Auo很高，集成运放开环工作时线性区很 窄。因此，为了保证运放处于线性工作区，通常都要引入深度负反馈。 集成运放引入适当的负反馈，可以使输出和输入之间满足某种特定的 函数关系，实现特定的模拟运算。当反馈电路为线性电路时，可以实 现比例、加法、减法、积分、微分等运算。
图9.2.1 反馈放大电路框图
电路中的反馈是指将电路的输出信号（电压或电流）的一部分或全部 通过一定的电路（反馈电路）送回到输入回路，与输入信号一同控制 电路的输出。可用图9.2.1所示的方框图来表示。
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2. 反馈的分类
（1）正反馈和负反馈 根据反馈极性的不同，可以分为正反馈和负反馈。 （2）直流反馈和交流反馈 根据反馈信号的交直流性质，可以将反馈分为直流反馈和交流反馈。 （3）电压反馈和电流反馈 根据输出端反馈采样信息的不同，可以将反馈分为电压反馈和电流反 馈。 （4）串联反馈和并联反馈 根据反馈信号与输入信号在放大电路输入端联结方式的不同，可以将 反馈分为串联反馈和并联反馈。
9
3. 输入和输出方式
差放电路有双端输入和单端输入两种输入方式。同样也有双端 输出和单端输出两种输出方式。因此，差动放大电路共有四种输入输 出方式。 （1）双端输入双端输出 （2）双端输入单端输出 （3）单端输入双端输出 （4）单端输入单端输出
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4. 共模抑制比
差动放大电路对差模信号和共模信号都有放大作用，但对差动 放大电路来说，差模信号是有用信号，共模信号则是需要抑制的。因 此要求差放电路的差模放大倍数尽可能大，而共模放大倍数尽可能小。 为了衡量差放电路放大差模信号和抑制共模干扰的能力，引入共模抑 制比作为技术指标，用KCMR表示。其定义为差模电压放大倍数与共 模电压放大倍数之比，即 A （9.1.11） K ud
实验五集成运算放大器的基本应用
0.5V
实验内容
2. 同相输入比例运算
参照反相输入比例运算的电路。
Ui(V) UO(V)
Ui波形
Ui波形
AV 实验值 计算值
0.5V
实验内容
3. 反相输入求和运算
按实验原理中所示电路接线，接通 电源。从实验箱的直流信号源引入输入 信号Ui，测量对应的输出信号UO的值 ，算出AV，将实验值与理论值相比较 ，分析误差产生的原因。
Vo - Vi = Vi
RF
R1
Vo = (1+ RF )Vi
R1
Avf
= Vo Vi
=1+RF R1
返回
1. 反相比例放大器
示波器
直流稳压电源 地 -15V +15V
CH1+
CH1-
函数信号发生器
9.1K
共地
1
10K
2
3
－4
8
7＋ RF=100K
6 5
CH2-
CH2+ 示波器
2. 同相比例放大器
实验五：集成运算放大器 的基本应用
电子技术基础 实验
一、实验目的
实验目的 实验原理 实验仪器 实验内容
1．掌握使用集成运算放大器 构成反相输入比例运算电路、 同相输入比例运算电路、反 相加法运算电路、减法运算 电路的方法；
2．进一步熟悉该基本运算电 路的输出与输入之间的关系。
实验目的 实验原理 实验仪器 实验内容
2. 同相比例放大器
3. 反相输入求和运算
4. 减法运算
1
8
2
7＋
3
6
－4
5
集成运算放大器的放大原理
反相比例运算放大器
电子技术基础第五、六章单元测试
第五、六章单元测试一、填空题1、直流放大器产生零点漂移的原因是：（1）（2）。
2、集成运算放大器是，内部主要有四部分组成。
（1）；（2）；（3）和（4）。
3、差模信号是指，共模信号是指。
差分放大电路的共模抑制比K CMR的含义是，数学表达式为。
K CMR越大，抑制零漂的能力。
4、在实际差分电路中的R e对不产生电流负反馈作用，仍保持较高的，对有较强的抑制能力。
5、一个理想运放，应具备下列条件是（1）输入电阻；（2）输出电阻；（3）开环电压放大倍数；（4）共模抑制比。
6、根据集成运放的理想条件，直接推导出的两个重要结论，一是，二是。
7、集成运放在应用时，电路中需加保护电路。
常用的保护电路有（1），（2），（3）。
8、集成运放在使用中常见的故障为（1），（2），（3）。
9、功率放大器的种类有（1）、（2）和（3）。
其中功放管的静态工作点在交流负载线上的位置类最高，类最低。
10、目前，应用较为广泛的是无变压器耦合的，常见的有与两种形式。
11、在无变压器耦合的功放电路中，输入信号较小时，造成输出波形在正负相交处造成波形失真，通常把这种失真叫。
为消除这类失真，常在两功放管的基极之间串入，以供给两管一固定的。
12、OCL功放电路，通常要用供电。
OTL电路则省去了电源，在它的输出端加接了一只。
该元件的作用是①，②。
13、为保护功率管安全，除限制功放管的最大集电极电压和电流外，同时还应限制。
14、输出功率较大的功放电路，常采用作为功放管。
它的组合原则是①，②。
这种功放管的电流放大系数为。
15、在使用集成功放电路时，为判断集成电路是否正常工作，一般的方法是测量，再与比较即可。
16、集成功放具有小，轻，可靠和方便的优点。
17、使用集成功放电路，主要应了解它的特性和线路。
18、一般集成电路的管脚编号顺序，可将集成块刻有型号的一面朝上，然后按依次编号。
19、电压放大器中的三极管通常工作在状态下，功率放大器中的三极管通常工作在参数情况下。
集成运算放大器课程设计
集成运算放大器课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握集成运算放大器的组成、工作原理和主要性能指标。
2. 使学生了解集成运算放大器在实际电路中的应用，如放大器、滤波器、比较器等。
3. 引导学生理解集成运算放大器的线性区和非线性区，并掌握相应的分析方法。
技能目标：1. 培养学生能够正确使用集成运算放大器进行电路设计的能力。
2. 提高学生分析、解决实际电路问题的能力，能运用集成运算放大器优化电路性能。
3. 培养学生运用所学知识，动手搭建和调试集成运算放大器相关电路。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对电子技术的兴趣，培养其创新意识和实践能力。
2. 培养学生具备团队协作精神，能够在小组合作中发挥个人优势，共同完成任务。
3. 引导学生认识集成运算放大器在科技发展中的重要作用，提高其社会责任感和使命感。
课程性质：本课程为电子技术基础课程，以理论教学和实践操作相结合的方式，使学生掌握集成运算放大器的相关知识。
学生特点：学生已具备一定的电子技术基础知识，具有较强的求知欲和动手能力。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，强调实际操作，提高学生的实践能力和创新能力。
通过课程学习，使学生能够将所学知识应用于实际电路设计和分析中。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. 集成运算放大器基础知识：- 集成运算放大器的组成、符号及主要参数- 集成运算放大器的工作原理- 集成运算放大器的线性区和非线性区分析2. 集成运算放大器在实际电路中的应用：- 放大器电路的设计与分析- 滤波器电路的设计与分析- 比较器电路的设计与分析3. 集成运算放大器的性能优化：- 负反馈对集成运算放大器性能的影响- 电压偏置电路的设计- 电路的稳定性分析4. 实践操作：- 搭建和调试基本放大器电路- 搭建和调试滤波器电路- 搭建和调试比较器电路教学内容依据教材相关章节进行组织，具体安排如下：1. 集成运算放大器基础知识（第1章）2. 集成运算放大器在实际电路中的应用（第2-4章）3. 集成运算放大器的性能优化（第5章）4. 实践操作（第6章）在教学过程中，注意引导学生掌握基本概念、分析方法，并结合实践操作，提高学生的实际应用能力。
电工与电子技术基础（第三版）教学...
§5-1 三极管§5-2 基本放大电路§5-3 反馈与振荡§5-4 多级放大电路§5-5 集成运算放大器§5-1 三极管学习目标1．了解三极管的结构、类型和符号。
2．掌握三极管的电流放大作用。
3．了解三极管的主要参数。
4．掌握用万用表简易检测三极管的方法。
一、三极管的结构和类型常见三极管的外形三极管有两个PN结，对应的三个半导体区分别为发射区、基区和集电区，从三个区引出的三个电极分别为发射极、基极和集电极，分别用E、B、C或e、b、c表示。
发射区与基区之间的PN结称为发射结，集电区与基区之间的PN结称为集电结。
三极管结构示意图及图形符号a)NPN型b)PNP型几种常见三极管封装形式与管脚排列二、三极管的电流放大作用三极管集电极电流与相应的基极电流之比，称为三极管的直流电流放大系数（）。
将三极管看作一个广义节点，根据基尔霍夫节点电流定律，可知,所以三极管三个电极的电流关系为C B I I β=C BI I β=(1)E B C BI I I I β=+=+的大小反映了三极管放大电流的能力。
必须强调的是，这种电流放大能力实质是对的控制能力，因为无论还是都是来自电源，如果没有电源，三极管本身是不能放大电流的。
B IC I B I C I三、三极管的工作电压NPN型三极管放大电路发射结加正向偏置电压，集电结加反向偏置电压，这是三极管电流放大的外部条件。
这时三极管三个电极的电位有如下关系：C B EU U U >>如果流过发射极、基极和集电极的电流分别用I E 、I B 和I C 表示，则有：（1）（2）（3）BC E I I I +=E CI I ≈B C I I β=四、三极管的输出特性1．三极管的输出特性曲线三极管输出特性曲线2．三极管的三个工作区根据三极管的工作状况，我们可以在三极管输出特性曲线族上划分为放大区、截止区和饱和区。
电子技术基础第五章集成运算放大器
2.差模交流信号分析 :
2.差模交流信号分析 : 画出对差模交流信号的交流通路
理想的直流电压源短路 关键是此处对Ree的处理。 在以前画交流通路时，线性电阻在交流通路中保留，阻值 为线性电阻的交流电阻，因为是线性的，所以交流电阻与 直流电阻相等。
A u c(单 u u o ic ） c 1 1 (b R rb )e 2 R c ()1 e R e2 -R R e ce
4 对任意信号的分析方法
ui1=uic+uid/2 ui2=uic-uid/2 uic = (ui1+ui2)/2 uid=ui1-ui2 uid1= -uid2= uid /2
差模信号和共模信号
• 差模信号：有用的信号，包含着信息，要进行 放大的。
• 共模信号：人为引入的一个信号，不是要放大 的，而是用来描述零漂的大小。直接描述、测 量零漂很麻烦，要先后测量两种不同的环境温 度下的静态工作点，求取它们的差值。从另外 一个角度：在同样的环境温度下，在输入端施 加共模信号，测量输出端的信号，求取共模放 大倍数。
2.1差模输入双端输出
某瞬间的真实方向
uid = uid1-uid2 uid1= -uid2
Ree上交流压降为0。 因此，画差模交流信号交流通路时，Ree可视为短路，
即两管的发射极直接接地。
由uc1= -uc2可知RL两端电位一端为正，一端为负，RL的中点应 是地电位，即每管对地的负载电阻为RL/2.
（5）不能制造电感，如需电感，也只能外接。
（6）一般无二极管，用三极管代替(B、C 极接在一起)。
集成运放的组成：输入级
电子技术基础第五版习题册参考答案
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一、直流电路部分1、电路的基本概念和定律习题 1：计算通过电阻 R ＝5Ω 的电流，已知电阻两端的电压为10V。
解：根据欧姆定律 I ＝ U/R，可得 I ＝ 10V ／5Ω ＝ 2A。
习题 2：已知电源电动势 E ＝ 12V，内阻 r ＝1Ω，外接电阻 R ＝5Ω，求电路中的电流和电源的端电压。
解：电路中的总电阻 R总＝ R ＋ r ＝5Ω ＋1Ω ＝6Ω，电流 I ＝ E ／ R总＝ 12V ／6Ω ＝ 2A。
电源的端电压 U ＝ IR ＝2A × 5Ω ＝ 10V。
2、电阻的串联、并联和混联习题 3：三个电阻 R1 ＝2Ω，R2 ＝3Ω，R3 ＝6Ω 串联，求总电阻。
解：总电阻 R ＝ R1 ＋ R2 ＋ R3 ＝2Ω ＋3Ω ＋6Ω ＝11Ω。
习题 4：两个电阻 R1 ＝4Ω，R2 ＝12Ω 并联，求总电阻。
解：总电阻 1/R ＝ 1/R1 ＋ 1/R2 ，即 1/R ＝1/4Ω ＋1/12Ω ，解得 R ＝3Ω 。
3、基尔霍夫定律习题 5：在如图所示的电路中，已知 I1 ＝ 2A，I2 ＝－1A，I3 ＝3A，求 I4 。
解：根据基尔霍夫电流定律，在节点处电流的代数和为零，所以 I1 ＋ I2 ＋ I3 ＋ I4 ＝ 0 ，即 2A 1A ＋ 3A ＋ I4 ＝ 0 ，解得 I4 ＝－4A 。
习题 6：在如图所示的电路中，已知 U1 ＝ 10V，U2 ＝－5V，U3＝ 3V，求 U4 。
解：根据基尔霍夫电压定律，在回路中电压的代数和为零，所以U1 U2 U3 ＋ U4 ＝ 0 ，即 10V （－5V) 3V ＋ U4 ＝ 0 ，解得 U4 ＝－12V 。
二、交流电路部分1、正弦交流电的基本概念习题 7：已知正弦交流电压 u ＝ 10sin(314t ＋ 30°） V，求其最大值、有效值、角频率、频率和初相位。
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（6）一般无二极管，用三极管代替(B、C 极接在一起)。
集成运放的组成：输入级
输入级
中间级
输出级
偏置电路
输入级通常要求有尽可能低的零点漂移，较高的共模 抑制能力，输入阻抗高及偏置电流小，因此一般采用差分 放大电路。
集成运放的组成：中间级
输入级
中间级
输出级
uoc1 uic1
(R b
R c rbe ) 2(1 )R ee
-Rc 2R ee
输入电阻
Ric
Rb
rbe
(1 ) 2R ee
2
共模抑制比CMRR—衡量差放的一个重要指标。
CMRR Aud Auc
或
CMRR 20lg Aud (dB) Auc
双端输出 CMRR
单端输出
CMRR(单）
角度来看：可以认为Q点没有动，而产生了一个缓慢变化的交流 信号。这种信号又因为是直
接耦合方式而被逐级放大。电源电压波动也是原因之一
• 温漂指标：温度每升高1度时，输出漂移电压按电压增益折算到输入端的等效输入漂移电
压值。
例
漂移
10 mV+100 uV
假设 AV1 = 100, AV2 = 100, AV3 = 1 。
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：
μA715
SR 100 V/ μs BWG = 65MHz
AD9618 LH0032
SR = 1800 V/ μ S BWG 8000MHZ
低功耗型
一般用于对能源有严格限制的遥测、遥感、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：
Rid
uid iid
Rid=2(Rb+rbe)
2.1.3 求差模输出电阻 画求输出电阻的电路
Rod ≈2 Rc
2.2 差模输入单端输出 (a)差模输入—单端输出(注意从哪边输出，左边)
2.2.1求差模电压放大倍数
交流通路
差模输入单端输出小信号等效电路
A ud
uo u id
ucd1 2u id1
4 对任意信号的分析方法
ui1=uic+uid/2 ui2=uic-uid/2 uic = (ui1+ui2)/2 uid=ui1-ui2 uid1= -uid2= uid /2
差模电压放大倍数
A ud
uod uid
共模电压放大倍数
A uc
uoc uic
总输出电压
uo uod uoc Auduid Aucuic
由两个结构完全对称的 共射电路组成，通过射极 公共电阻Ree耦合构成。
ß1= ß2= ß VBE1=VBE2= VBE rbe1= rbe2= rbe ICBO1=ICBO2= ICBO RC1=RC2= RC Rb1=Rb2= Rb
•差模信号：有用的信号，包含着信息，要进行放大的。
uid1= - uid2 uid = uid1-uid2
1. 输入失调电压VIO 2. 输入偏置电流IIB 3. 输入失调电流IIO 4. 温度漂移
（1）输入失调电压温漂VIO / T （2）输入失调电流温漂IIO / T 5. 最大差模输入电压Vidmax 6. 最大共模输入电压Vicmax 7. 最大输出电流Iomax
集成电路运算放大器的主要参数
8. 开环差模电压增益AVO 9. 开环带宽BW (fH) 10. 单位增益带宽 BWG (fT) 11. 转换速率SR
二、恒流源差分放大电路
（一）静态分析
I C1
=
I C2
IC
1 2
I0
（二）对差模交流信号的分析
（三）对共模交流信号的分析
• 共模放大倍数为0。
Auc (单）
uoc1 uic1
(R b
R c rbe ) 2(1 )R ee
-Rc 2R ee
通用型集成电路运算放大器
集成电路运算放大器的主要参数
Aud (单） Auc (单）
Ree的共模负反馈作用
• Ree值越大，共模负反馈作用越强 • Ree对差模信号短路，没有任何作用 • Ree值太大，要求直流电压源越大，不现实 • 因此采用恒流源电路
Auc (单）
uoc1 uic1
(R b
R c rbe ) 2(1 )R ee
-Rc 2R ee
第五章 集成运算放大器
第一节 概述
集成电路
引言
采用硅平面制造工艺，将二极管、三极管、电阻、电容等 元器件以及它们之间的连线同时制造在一小块半导体基片上， 并封装在一个外壳内，构成具有特定功能的电路和系统。
集成运算放大器
高增益、高输入电阻、低输出电阻的直接耦合的集成的具有 很高电压放大倍数的多级放大电路。
1. 静态分析
直流通路 由于电路结构对称，管子 特性一致。
IB1=IB2 = IB IC1=IC2=IC VC1=VC2 =VC
I BR b VBE 2I E Ree VCC
IB
Rb
VCC - VBE 2(1 )Ree
IC IB
VC VCC ICRc 0 VE IBRb VBE VE IBRb VBE
例：ui1=10mV ui2=8mV
uic=(ui1+ui2)/2=9mV uid=(ui1-ui2) =2mV
ui1=uic+uid/2 ui2=uic- uid/2
ui1 =uic1+uid1 =9+1 ui2 =uic2+uid2 =9-1
输出信号与输入信号相位关系 的分析
• 单端输入单端输出 • 单端输入双端输出 • 双端输入双端输出 • 双端输入单端输出
高精度(低漂移型）
一般用于毫伏量级或更低的微弱信号的精密检
测、精密模拟计算、高精度稳压电源及自动控制
仪表中。
例如： AD508、OP-27
Vio 0.2 V/ C
T
ICL7650
Vio 0.01 V/ C
T
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
集成运放的组成：偏置电路
输入级
中间级
输出级
偏置电路
偏置电路用于设置集成运放各级放大电路的静态工作点。 一般采用镜像电流源，以及由其演变而成的微电流源、多 路输出电流源等。
简化电路
偏置电路
输入级
T1、T3 和 T2、T4 T5、T6 有源负载
中间级 T7、T8
复合管，共发射极
具有高增益
输出级 T11 T13
专用型集成电路运算放大器
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，发展了适应不同需要 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、高输入阻抗、高精 度、高速、低功耗和高压型 等几种。
通用型 高输入阻抗型 高精度(低漂移型) 高速型和宽带型 低功耗型 高压型 功率型
偏置电路
中间级主要承担电压放大的任务，多采用共射或共源放 大电路。 为了提高电压放大倍数， 经常采用复合管做放大 管， 用恒流源做有源负载。
集成运放的组成 ：输出级
输入级
中间级
输出级
偏置电路
输出级要求具有一定的带负载能力（即输出电阻小） 和一定的输出电压及电流动态范围。因此输出级多采用射 极输出器、 互补对称电路。
差模信号和共模信号
• 差模信号：有用的信号，包含着信息，要进行 放大的。
• 共模信号：人为引入的一个信号，不是要放大 的，而是用来描述零漂的大小。直接描述、测 量零漂很麻烦，要先后测量两种不同的环境温 度下的静态工作点，求取它们的差值。从另外 一个角度：在同样的环境温度下，在输入端施 加共模信号，测量输出端的信号，求取共模放 大倍数。
μPC253 的PC 0.6mW ,VCC (3 ~ 18)V , AVO 110 dB
ICL7641 CA3078
ICL7600 的PC 10W ,VCC (VEE )为1.5V
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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Io 10 A
TP1465
Io 0.75 A
高输入阻抗型
广泛用于生物医学电信号测量的精密放大电
路、有源滤波器、取样-保持放大器、对数和反 对数放大器、模数和数模转换器。
例如：LF356、LF355、LF347 全MOSFET的CA3130 更小偏置电流的有AD515、LF0052
输入偏置电流I
几
B
~
几十p
A
差模输入电阻Rid （109 ~ 1012 ）
若第一级漂移100 uV（已折合到输入端），
则输出漂移 1 V。
若第二级也漂移 100 uV，
漂移 100 uV
则输出漂移 10 mV。
第一级是关键
3. 减小零漂的措施
•用非线性元件进行温度补偿
•采用恒温环境。
•采用差分式放大电路
漂移 1 V+ 10 mV
漂移 1 V+ 10 mV
第二节 差分式放大电路 • 一、长尾差分式放大电路
通用型
通用型运算放大器的技术指标比较 适中，价格低廉。通用型运放也经过了 几代的演变，早期的通用Ⅰ型运放已很 少使用了。以典型的通用型运放 CF741(A741)为例，输入失调电压1～ 2mV、输入失调电流20nA、差模输入 电阻2M，开环增益100dB、共模抑制 比90dB、输出电阻75、共模输入电压 范围13V、转换速率0.5V/s。