基本运算放大电路
基本放大电路ppt课件
两线的交点即是Q点，得到IBQ 。在输出特性曲线上，作出直流负载线
VCE=VCC－ICRC，与IBQ曲线的交点即为Q点，从而得到VCEQ 和ICQ 。
图12-8 静态工作情况图解
②动态工作情况分析 Ⅰ 交流通路及交流负载线 过输出特性曲线上的Q点做一条斜率为-1/(RL∥Rc)直线，该直线即为交流 负载线。交流负载线是有交流输入信号时Q点的运动轨迹。R'L= RL∥Rc，是交流负载电阻。 Ⅱ 输入交流信号时的图解分析 通过图解分析，可得如下结论：
（1）vi vBE iB iC vCE | vo | （2）vo与vi相位相反； （3）可以测量出放大电路的电压放大倍数； （4）可以确定最大不失真输出幅度。
图12-9 动态工作情况图解
3．放大电路三种 基本组态的比较
共发射极放大电路
共集电极放大电路
共基极放大电路
电 路 组 态
电
压 增
(RC // RL )
图12-3 放大电路的幅频特性曲线
▪ 2．共射极放大电路
根据放大器输入输出回路公共端的不同，放大器有共发射极、共集电极和共基 极三种基本组态，下面介绍共发射极放大电路。 （1）电路组成 共射极基本放大电路如图12-4所示。
图12-4 共发射极基本放大电路
▪ 具体分析如下： ▪ ①Vcc:集电极回路的直流电源 ▪ ②VBB:基极回路的直流电源 ▪ ③三极管T：放大电路的核心器件，具有电流放大
便于计算和调试。
（2）因为耦合电容的容量较
（2）电路比较简单，体积 大，故不易集成化。
较小。
（1）元件少，体积小，易 集成化。
（2）既可放大交流信号， 也可放大直流和缓变信号。
运算放大器详细的应用电路(很详细)
§8.1 比例运算电路8.1.1 反相比例电路1. 基本电路电压并联负反馈输入端虚短、虚断特点：反相端为虚地，所以共模输入可视为0，对运放共模抑制比要求低输出电阻小，带负载能力强要求放大倍数较大时，反馈电阻阻值高，稳定性差。
如果要求放大倍数100，R1=100K，Rf=10M2. T型反馈网络（T型反馈网络的优点是什么？）虚短、虚断8.1.2 同相比例电路1. 基本电路：电压串联负反馈输入端虚短、虚断特点：输入电阻高，输出电阻小，带负载能力强V-=V+=Vi，所以共模输入等于输入信号，对运放的共模抑制比要求高2. 电压跟随器输入电阻大输出电阻小，能真实地将输入信号传给负载而从信号源取流很小§8.2 加减运算电路8.2.1 求和电路1.反相求和电路2.虚短、虚断特点：调节某一路信号的输入电阻不影响其他路输入与输出的比例关系3.同相求和电路4.虚短、虚断8.2.2 单运放和差电路8.2.3 双运放和差电路例1:设计一加减运算电路设计一加减运算电路，使 V o=2Vi1+5Vi2-10Vi3 解：用双运放实现如果选Rf1=Rf2=100K，且R4= 100K则：R1=50K R2=20K R5=10K平衡电阻 R3= R1// R2// Rf1=12.5K R6=R4//R5//Rf2= 8.3K例2:如图电路，求Avf，Ri解：§8.3 积分电路和微分电路8.3.1 积分电路电容两端电压与电流的关系：积分实验电路积分电路的用途将方波变为三角波（Vi：方波，频率500Hz，幅度1V）将三角波变为正弦波（Vi：三角波，频率500Hz，幅度1V）（Vi：正弦波，频率500Hz，幅度1V）思考：输入信号与输出信号间的相位关系？（Vi：正弦波，频率200Hz，幅度1V）思考：输入信号频率对输出信号幅度的影响？积分电路的其它用途：去除高频干扰将方波变为三角波移相在模数转换中将电压量变为时间量§8.3 积分电路和微分电路8.3.2 微分电路微分实验电路把三角波变为方波（Vi：三角波，频率1KHz，幅度0.2V）输入正弦波（Vi：正弦波，频率1KHz，幅度0.2V）思考：输入信号与输出信号间的相位关系？（Vi：正弦波，频率500Hz，幅度1V）思考：输入信号频率对输出信号幅度的影响？§8.4 对数和指数运算电路8.4.1 对数电路对数电路改进基本对数电路缺点：运算精度受温度影响大；小信号时exp(VD/VT)与1差不多大，所以误差很大；二极管在电流较大时伏安特性与PN结伏安特性差别较大，所以运算只在较小的电流范围内误差较小。
运放基本应用电路
运放基本应用电路运放基本应用电路运算放大器是具有两个输入端，一个输出端的高增益、高输入阻抗的电压放大器。
若在它的输出端和输入端之间加上反馈网络就可以组成具有各种功能的电路。
当反馈网络为线性电路时可实现乘、除等模拟运算等功能。
运算放大器可进行直流放大，也可进行交流放大。
R f使用运算放大器时，调零和相位补偿是必须注意的两个问题，此外应注意同相端和反相端到地的直流电阻等，以减少输入端直流偏流 U I 引起的误差。
U O 1．反相比例放大器 电路如图1所示。
当开环增益为 ∞（大于104以上）时，反相放大器的闭环增益为： 1R R U U A f I O uf -== （1） 图1 反相比例放大器 由上式可知，选用不同的电阻比值R f / R 1，A uf 可以大于1，也可以小于1。
若R 1 = R f ， 则放大器的输出电压等于输入电压的负值，因此也称为反相器。
放大器的输入电阻为：R i ≈R 1直流平衡电阻为：R P = R f // R 1 。
其中，反馈电阻R f 不能取得太大，否则会 产生较大的噪声及漂移，其值一般取几十千欧 到几百千欧之间。
R 1的值应远大于信号源的 O 内阻。
2．同相比例放大器、同相跟随器 同相放大器具有输入电阻很高，输出电阻很低的特点，广泛用于前置放大器。
电路原理图如图2所示。
当开环增益为 ∞（大于104以上 图2 同相比例放大器 ）时，同相放大器的闭环增益为：1111R R R R R U U A f f I O uf +=+== （2） 由上式可知，R 1为有限值，A uf 恒大于1。
同相放大器的输入电阻为：R i = r ic其中： r ic 是运放同相端对地的共模输入电阻，一般为108Ω；放大器同相端的直流平衡电阻为：R P = R f // R 1。
若R 1 ∞（开路），或R f = 0，则A u f 为1，于是同相放大器变为同相跟随器。
此时由于放大器几乎不从信号源吸取电流，因此 U可视作电压源，是比较理想的阻抗变换器。
经典的运算放大器基本电路大全
运算放大器基本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。
运算放大电路
ri=R1
uo
RP =R1 // R2
为保证一定的输入
电阻，当放大倍数 大时，需增大R2， 而大电阻的精度差，
因此，在放大倍数
较大时，该电路结 构不再适用。
3
i2
R2
i1
ui R1
_
+ +
RP
电位为0，虚地
3. 反馈方式
电压并联负反馈 输出电阻很小， 输入电阻也不大。
4. 共模电压
u u 0 2
实际应用时可适当增加或减少输入端的个数， 以适应不同的需要。
10
R11 ui1
i11
ui2
R12
i12
虚地
iF
R2
_ +
+
RP
u u 0
i11 i12 iF
uo
可用叠加法求
uo
( R2 R11
ui1
R2 R12
ui2 )
11
二、同相求和运算
R1
RF
ui1
-
R21
+
+
3. 同相输入的共模电压高，反相输入的共模电 压小。
30
比例运算电路与加减运算电路小结
1. 它们都引入电压负反馈，因此输出电阻都比 较小 。
2. 关于输入电阻：反相输入的输入电阻小，同 相输入的输入电阻高。
3. 同相输入的共模电压高，反相输入的共模电 压小。
31
3. 微分运算电路与积分运算电路
一、反相微分运算
4.输入和输出反相。 5. 在放大倍数较大时，该电路结构不再适用 。
5
二、同相比例运算电路
虚短路
常用运算放大器电路 (全集)
常用运算放大器电路(全集)下面是[常用运算放大器电路(全集)]的电路图常用OP电路类型如下:1. Inverter Amp. 反相位放大电路:放大倍数为Av = R2 / R1但是需考虑规格之Gain-Bandwidth数值。
R3 = R4 提供1 / 2 电源偏压C3 为电源去耦合滤波C1, C2 输入及输出端隔直流此时输出端信号相位与输入端相反2. Non-inverter Amp. 同相位放大电路:放大倍数为Av=R2 / R1R3 = R4提供1 / 2电源偏压C1, C2, C3 为隔直流此时输出端信号相位与输入端相同3. Voltage follower 缓冲放大电路:O/P输出端电位与I/P输入端电位相同单双电源皆可工作4. Comparator比较器电路:I/P 电压高于Ref时O/P输出端为Logic低电位I/P 电压低于Ref时O/P输出端为Logic高电位R2 = 100 * R1 用以消除Hysteresis状态, 即为强化O/P输出端, Logic高低电位差距，以提高比较器的灵敏度. (R1=10 K, R2=1 M)单双电源皆可工作5. Square-wave oscillator 方块波震荡电路:R2 = R3 = R4 = 100 KR1 = 100 K, C1 = 0.01 uFFreq = 1 /（2π* R1 * C1）6. Pulse generator脉波产生器电路:R2 = R3 = R4 = 100 KR1 = 30 K, C1 = 0.01 uF, R5 = 150 KO/P输出端On Cycle = 1 /（2π* R5 * C1）O/P输出端Off Cycle =1 /（2π* R1 * C1）7. Active low-pass filter 主动低通滤波器电路:R1 = R2 = 16 KR3 = R4 = 100 KC1 = C2 = 0.01 uF放大倍数Av = R4 / (R3+R4)Freq = 1 KHz8. Active band-pass filter 主动带通滤波器电路:R7 = R8 = 100 K, C3 = 10 uFR1 = R2 = 390 K, C1 = C2 = 0.01 uFR3 = 620, R4 = 620KFreq = 1 KHz, Q=259. High-pass filter 高通滤波器电路:C1 = 2*C2 = 0.02 uF, C2 = 0.01 uFR1 = R2 = 110 K6 dB Low-cut Freq = 100 Hz10. Adj. Q-notch filter 频宽可调型滤波器电路:R1 = R2 = 2 * R3C1 = C2 = C3 / 2Freq = 1 /（2π* R1 * C1)VR1调整负回授量, 越大则Q值越低。
运算放大器基础和基本运算电路
第一节 运算放大器基础一、集成电路与集成运算放大器1．集成电路概念把具有某项功能的电路元件（二极管、晶体管、小电阻、小电容等）和连接导线集中制作在一块半导体芯片上，组成具有该功能的整体。
2．分类模拟集成电路、数字集成电路。
（1）模拟集成电路用于处理模拟信号，即用于放大或改变连续变化的电压或电流信号。
运算放大器就是模拟集成电路中重要产品之一。
优点：体积小、可靠性高、成本低、温度特性好、通用性和灵活性强。
（2）数字集成电路用于处理数字信号的电路，即处理不连续变化的电压或电流信号。
数字集成电路是用量最大的集成电路。
二、运算放大器的内部和外部电路1．内部电路组成：使用时将它视为一个整体，注意了解它的外部特性和各个引出线的用途。
2．外部电路外部接线如图所示（1）反相输入端，用“-”标示，表示输出信号与输入信号相位相反。
（2）同相输入端，用“+”标示，表示输出信号与输入信号相位相同。
（3）信号输出端，用U o表示。
（4）正、负电源端，用U P和U N标示。
（5）外接直流零点调节电位器。
（6）外接相位补偿电路端。
（7）接地端。
3．运算放大器的图形符号三、运算放大器的基本特性运算放大器电路复杂，精确计算十分困难，但只要突出其主要性能，使其理想化，就可大大简化分析与计算。
（1）开环差分电压增益（2）开环差分输入电阻（3）输出电阻（4）频带宽度BW→（5）温度引起的电压漂移0V综合上述特性可得到理想运放的两个结论：1．“虚短”：运算放大器两输入端电位相等U P = U N。
2．“虚断”：理想运算放大器的输入电流等于零I N = I P = 0。
这两个结论可以大大简化运算放大电路的分析过程，在实际中运算放大器的特性很接近理想特性，所以来分析实际电路是可行的。
第二节 运算放大器的基本运算电路一、反相比例运算电路电路——反馈电阻，接在输出端与反相端之间，构成深度负反馈。
——输入电阻，为输入平衡电阻，且＝//。
保证两个输入端的外接电阻平衡，使电路处于平衡对称的工作状态，信号从反相输入端与地之间加入。
运算放大器基本电路大全
运算放大器基本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。
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RS1
＋
Ui1 －
Rc1 Uo
Rc2 RS2 ＋
Ui2
Re
－
－UEE
图8.2 带Re的差动式放大电路
数字电子技术 1. 静态分析
如图8.2所示，由于流过Re的电流为IE1和IE2之和， 又由于电路的对称性，则IE1=IE2，流过Re的电流为2IE1。
IBQ RS UBEQ 2IEQ Re UEE
数字电子技术
＋UCC
Rb1 RS1
＋
Ui1 －
Rc1
Rc2
Uo
V1
V2
Rb2
RS2 ＋ Ui2 －
图8.1 基本差动式放大电路
数字电子技术
1.工作原理
1) 静态时Ui1=Ui2=0。由于电路左右对称，输入信号 为零时，IC1=IC2，UC1=UC2 ， Uo=ΔUC1-ΔUC2=0 当电源电压波动或温度变化时，两管集电极电流 和集电极电位同时发生变化。输出电压仍然为零。可 见，尽管各管的零漂存在，但输出电压为零，从而使 得零漂得到抑制。
数字电子技术
8.1差动式放大电路 8.2集成运算放大器
数字电子技术
8.1
前面提到了在多级放大电路中采用直接耦合存在 着两个特殊问题，一是静态工作点的相互影响，二是 零点漂移。为了解决这两个问题，可采用差动式放大 电路。
数字电子技术 一、
图8.1所示为基本差动式放大电路，它由两个完全 相同的单管共射极电路组成。差动式放大电路有两个 输入端，两个输出端，要求电路对称，即V1、V2的特 性相同，外接电阻对称相等，各元件的温度特性相同， 即Rb1=Rb2，Rc1=Rc2，RS1=RS2。
数字电子技术
Re越大工作点越稳定，但Re过大会导致过UE高使 静态电流减小，加入负电源-UEE可补偿Re上的压降。
3.
（1）Re对差模信号的影响。如图8.3所示，加入差 模信号时由于Ui1=-Ui2，则ΔIE1=-ΔIE2，流过Re的电流 ΔIE=ΔIE1+ΔIE2=0。对差模信号来讲，Re上没有信号压 降，即Re对差模电压放大倍数没有影响。
IEQ (1 )IBQ
I BQ
UEE UBEQ
RS 2(1 )Re
ICQ IBQ
UCEQ UCC UEE ICQ Rc 2I EQ Re
数字电子技术
＋UCC
Rc1
Rc2
RS1 V1
RS2 V2
Re －UEE
(a)
＋UCC
Rc1
Rc2
RS1 V1
RS2 V2
2Re
2Re
－UEE
3. 在理想状态下，即电路完全对称时，差动式放大电 路对共模信号有完全的抑制作用。实际电路中，差动 式放大电路不可能做到绝对对称，这时Uo≠0，Ac≠0， 即共模输出电压不等于零。共模电压放大倍数不等于 零，Ac=Uo/ΔUi。为了衡量差动式电路对共模信号的抑 制能力,引入共模抑制比，用KCMRR表示。
ri=2(RS+rbe) 因此输入回路经两个管的发射极和两个RS，则
输出电阻 ro=2Rc
因此输出端经过两个Rc 。
数字电子技术
(2)共模输入。在差动式放大电路的两个输入端， 分别加入大小相等极性相同的信号(即Ui1=Ui2)，这种输 入方式称为共模输入。共模输入信号用Uic表示。共模 输入时(Uic=Ui1=Ui2)的输出电压与输入电压之比称为共 模电压放大倍数，用Ac表示。在电路完全对称的情况 下 ， 输 入 信 号 相 同 ， 输 出 端 电 压 Uo=Uo1-Uo2=0, 故 Ac=Uo/Ui=0,即输出电压为零，共模电压放大倍数为零。 这种情况称为理想电路。
(b)
图8.3 （a） 直流偏置电路；（b） 直流等效电路
数字电子技术
2. 加Re后，当温度上升时，由于IC1和IC2同时增大， 稳定过程实质上是一个负反馈过程，关于负反馈在第 四节讲解。
T(°C)↑→
IC1↓ IC1↑ →IE↑→URe↑→UE↑→ IC2↑ IC2↓
UBE1↓→IB1↓ UBE2↓→IB2↓
差模电压放大倍数
Aud
Uod U id
2UC1 2Ui1
Au1
Au 2
即差动式放大电路的差模电压放大倍数等于单管
共射极电路的电压放大倍数。
由于Rb 式中
Aud
Au1
Rc rbe RS
rbe，如果接上RL，则
Aud RL
rbe RS
RL
Rc
//(1 2
RL )
数字电子技术
由于两管对称，RL的中点电位不变相当 于交流的地电位，对于单管来讲负载是RL的一 半，即 RL。输入电阻
数字电子技术
(3)抑制零点漂移的原理。在差动式放大电路中， 无论是电源电压波动或温度变化都会使两管的集电极 电流和集电极电位发生相同的变化,相当于在两输入端 加入共模信号。由于电路的完全对称性,使得共模输出 电压为零，共模电压放大倍数Ac=0，从而抑制了零点 漂移。这时电路只放大差模信号。
数字电子技术
数字电子技术 2)
（1）差模输入。放大器的两个输入端分别输入大 小相等极性相反的信号(即Ui1=-Ui2)，这种输入方式称 为差模输入。
Uid Ui1 Ui2 2Ui1 2Ui2
Ui1
差模输出电压
1 2
Uid
,Ui
2
1 2
Uid
Uod Uc1 Uc2 2Uc1 2Uc2
数字电子技术
数字电子技术
二、 带Re 上面介绍的基本差动式放大电路对共模信号的抑制是
靠电路两侧的对称性来实现的。但对于各管自身的工作点 漂移没有抑制作用，若采用单端输出，则差模和共模放大 倍数相等，这时KCMRR＝1，失去了差动式放大电路的作用。 即使是双端输出，由于实际电路的不完全对称性，仍然有 共模电压输出。改进方法是在不降低Aud的情况下，降低Ac 从而提高共模抑制比。带公共Re的差动式放大电路如图6.2 所示，这种电路也称为长尾式差动放大电路。由于KCMRR是 由差模电压放大倍数和共模电压放大倍数共同决定的，下 面分别分析Re对共模电压放大倍数和差模电压放大倍数的 影响。
KCMRR
Ad Ac
数字电子技术
共模抑制比的大小反映了差动式放大电路差模电
压放大倍数是共模电压放大倍数的KCMRR倍，
KCMRR
20lg
Ad Ac
数字电子技术
由上式可以看出，KCMRR越大，差动式放大电路 放大差模信号（有用信号）的能力越强，抑制共模信 号（无用信号）的能力越强，即KCMRR越大越好。理想 差动式电路的共模抑制比KCMRR→∞。后面我们将讨论 如何提高共模抑制比。由于KCMRR＝|Ad/Ac|,即在保证 Aud不变的情况下，如何降低Ac，从而提高KCMRR。