集成运放大器的基础知识
集成运算放大器相关知识
集成运算放大器相关知识集成运算放大器（Operational Amplifier，简称Op Amp）是一种电子设备，可以放大输入信号并输出放大后的信号。
它在电子电路中广泛应用，是现代电子技术的重要组成部分。
本文将介绍集成运算放大器的基本原理、特性和应用。
一、基本原理集成运算放大器是由多个晶体管和其他电子元件组成的集成电路芯片。
它的核心部分是差分放大器，由输入级、中间级和输出级组成。
差分放大器能够将输入信号放大并进行相位反转，使得放大后的信号与输入信号之间具有特定的幅度和相位关系。
集成运算放大器具有两个输入端和一个输出端。
其中，一个输入端称为非反相输入端（+），另一个输入端称为反相输入端（-）。
通过调节输入端的电压，可以控制输出端的电压。
当输入端的电压差为零时，输出端的电压为零；当输入端的电压差增大时，输出端的电压也相应增大。
二、特性1. 增益：集成运算放大器具有很高的增益。
通常情况下，它的增益可达几万甚至几十万倍。
这使得它能够将微弱的输入信号放大到足够大的幅度，以便进行后续处理或驱动其他设备。
2. 输入阻抗：集成运算放大器的输入阻抗很大，通常为几兆欧姆。
这意味着它可以接受来自外部电路的信号而对其产生很小的影响，从而保持信号的稳定性。
3. 输出阻抗：集成运算放大器的输出阻抗很小，通常为几十欧姆。
这意味着它能够提供足够大的输出电流，以驱动其他负载电路。
4. 带宽：集成运算放大器的带宽是指它能够放大的频率范围。
一般来说，带宽越大，放大器能够处理的高频信号越多。
常见的集成运算放大器的带宽在几百千赫至几百兆赫之间。
5. 偏置电压：集成运算放大器的输入端存在一个偏置电压。
当输入信号为零时，输出信号也不为零，而是存在一个偏置电压。
这是由于集成运算放大器内部元件的不匹配造成的。
三、应用1. 模拟电路：集成运算放大器常用于模拟电路中，如滤波器、放大器、振荡器等。
它可以对信号进行放大、滤波、调制等处理，使得信号能够适应不同的应用场景。
集成运算放大器的基础知识-图解
取R11=10.0KΩ（ E96 系列）,则R12=42KΩ, 取R12=42.2 KΩ；
LED1选为BT111-X（红）发光二极管，其最大电流为= IFM 20mA,正向
电压为 UFM
=1.9V，取工作电流为 IF1
=12mA,则
R14=
VCC UF1 (131.9)V 9.5K Ω,取R14=10KΩ。VZ为2.5V的稳压管。
数为无穷大。
图6-5 理想集成放大器的 图形符号
6.1.2理想集成运放
2理想集成运放工作特性
U O(sat ) uo
O
uI
非线性区
U O(sat ) 非线性区
线性区
实际集成运放
uo U O(sat )
O
uI
U O(sat )
理想集成运放
图6-6 集成运放的电压传输特性
6.1.2理想集成运放
6.2.1集成运算放大器的线性应用
1.比例运算
2) 同相输入
如图6-8所示。输入信号经电阻送到同相输入端。 由“虚短”、“虚断”性质可知：
i1
ui R1
if
uo ui Rf
i f ii
ui uo ui
Ri
Rf
∴输出电压与输入电压uo同 (1相 R，R1f )u且i 成比例（，6故-5称）为同相比例运算。
IF1
12mA
3 元器件的选定及工作原理：
3)欠压警报单元：
A2为欠压检查电路，基准电平也为 UT1 =2.5V,当电池电压低于10V时，
U R21 ＜2.5V时比较器A2输出低电平，LED2发光。当 比较器A2输出高电平，LED2截止。
U R21
＞2.5V时
LED2选为BT111-X（绿）发光二极管，其最大电流为 IFM =20mA,正向电
运放基础知识
三、 单片集成电压比较器
比较器。这些比较器的阈 *四、 窗口比较器
值是固定的，有的只有一 个阈值，有的具有两个阈
*五、 比较器的应用
值。
一、 单门限比较器
只有一个门限的 比较器
(1)过零比较器和单门限电压比较器
•过零电压比较 器是典型的幅 度比较电路。
•其电路图和传
输特性曲线如
(a)
图所示。
(b)
时间相等，斜率绝对值
也相等，故vo为三角波。
图14.11 三角波发生器的波形
３2开４.．．在输振v出o荡1=峰周-值V期Z后：，电容C
当C始1使T放0/A2VVR电1oZ的4 md，tVvP2o略V按RRo大m12线V于性Z零上时升，，
如Tvo此1从4周RV-4o而CVmZV复V跳oZm始变，为4RRR产+12R4 R2V生V1CZZ振， 降荡。vo的上升时间和下
(3)、
I1
U R1
Ui R1
( 5)、 AUf
Uo Ui
1 Rf R1
Uo
(1
Rf R1
)U i
结论：闭环增益AUf只取决于Rf和R1 ；
而与运放本身无关。
同相比例运算电路（特例）
电路：
Rf =0
R1 =
R2 Ui
∞ Uo
当 Rf =0 ; R1 = 时：上式中的电地求出
T
2Rf C
ln(1
2R2 R1
)
图14.08 方波发生器波形图
(2)占空比可调的矩形波电路
显然为了改变输出方波的占空比，应改变电容 器C的充电和放电时 间常数。占空比可调 的矩形波电路见图14.09。
C充电时，充电电流
集成运放基础知识
集成运放基础知识
一、集成运放有四部分组成：1、输入级，2、中间级，3、输出级，4、偏置电路。
电压传输特性，
在线性区时，Uo=F(U+ - U-)，其中F查阅每个片子的相关资料，一般工作在放大区时，要求输入间的差值不能太大，输出最大电压为Uom。
在非线性区，输出为Uom或者为-Uom。
二、运放的频率响应
由于放大电路中偶合电容的存在，会使频率比较低的信号通不过，造成输出影响。
由于半导体级间电容的存在，会使高频率的信号减小，造成输出影响，所以在选择运放时候，一定要知道输入信号的频率，是否在运放工作的频率范围内。
三、运放的反馈
反馈有正反馈和负反馈，正反馈使净输入量增加，负反馈使净输入量减小。
一定要注意反馈是影响净输入量的。
同时还要利用运放的公式，进行判断是正反馈还是负反馈。
一般运放电路中常常引用负反馈，这可以稳定放大倍数，。
集成运算放大器的基本运算电路要点
• 集成运算放大器概述 • 集成运算放大器的线性应用 • 集成运算放大器的非线性应用 • 集成运算放大器的实际应用 • 集成运算放大器的选择与使用注意事项
目录
Part
01
集成运算放大器概述
定义与特点
定义
集成运算放大器是一种高放大倍 数的多级直接耦合放大电路，主 要用于信号的电压放大。
积分器的应用场景
积分器电路广泛应用于信号处理、控制系统、测量仪器等领域，用于实现信号的平滑处理 和时间常数提取等功能。
微分器电路
01
微分器电路的工作原 理
微分器电路是集成运算放大器的一种 非线性应用，用于将输入信号进行微 分运算。微分器电路由运算放大器和 RC电路组成，通过正反馈实现微分功 能。
02
03
比较器的应用场景
比较器电路广泛应用于各种电子设备和系统中，如自动控制系统、信号
处理、测量仪器等。
积分器电路
积分器电路的工作原理
积分器电路是集成运算放大器的一种非线性应用，用于将输入信号进行积分运算。积分器 电路由运算放大器和RC电路组成，通过负反馈实现积分功能。
积分器的输入与输出关系
积分器的输出信号与输入信号的时间积分成正比，即输出信号的幅度随着时间的增加而增 加。
同相输入电路
STEP 01
STEP 02
STEP 03
输出电压与输入电压的增 益由反馈电阻决定。
输出电压与输入电压的相 位相同。
输出电压与输入电压成正 比关系。
加法器电路
可以将多个输入信号 相加。
可以通过改变反馈电 阻实现比例系数调整。
输出电压等于所有输 入信号的电压之和。
减法器电路
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。
电子技术基础—集成运算放大器
电子技术基础一集成运算放大器一、集成运算放大器简介集成运算放大器是具有高的开环放大倍数和深度负反馈的直接耦合放大器,运算放大器可以完成加减、微积分、乘除等运算，所以称为运算放大器。
二、集成运算放大器的基本电路集成运算放大器内部的多极基本放大电路由四部分组成（图1-2-9）:输入极、中间极、输出极和偏置电路。
其中：输入极：是决定集成运算放大器性能关键的一级，要求它的零点漂移少，输入电阻高，所以都采用差分放大电路。
中间极：是将输入极输出的信号电压加以放大，一般是由共发射极放大电路构成。
输出极：输出级直接与负载相连，所以这一级要求有足够的电压放大幅度和输出功率，满足负载的需要。
同时要求输出电阻小，带负载能力强。
一般由互补对称电路或射极输出器组成。
偏置电路的作用是为上述三个级电路提供稳定和合适的偏置电流，确定各级的静态工作点。
作为集成电路，虽然其内部结构相当复杂，但其外部电路并不复杂，学习时，要重点掌握它的引脚定义性能参数和应用方法。
三、运算放大器的基本特性和符号C1741集成运算放大器外形如图1-2-10所示。
图1-2∙10a）是金属圆形封装；图1-2∙10b）是塑料双列直插式封装。
这种运算放大器通过7个管脚与外电路相接。
图中各管脚的定义和作用如下：相输入端，由此端接输入信号，则输出信号与输入信号是反相的；管脚3为同相输入端，由此端接输入信号,则输出信号与输入信号是同相的;管脚4为负电源端，接负IOV稳压电源；管脚5为正电源端，接正IOV稳压电源；管脚6为输出端：管脚1和管脚5为外接调零电位器(通常为IokQ)的两个端子；管脚8为空脚。
在分析运算放大器时，为便于分析和计算，将它视作理想运算放大器，理想运算放大器的特点如下：(1)差模放大倍数AU极高，可视为无穷大(Aud∙÷g)°(2)共模放大倍数非常低，可视为0,因而共模抑制比Kow可视为无穷大(KcMR÷00)θ(3)输入电阻n相当大,可视为无穷大,因而不取输入信号的电流亿，1,玲8)。
第一章 集成运放放大器基础
五、高压型
性能特点： 输出电压动态范围大，电源电压高， 功耗大。
六、大功率型
性能特点：可提供较高的输出电压较大的输出电 流，负载上可得到较大的输出功率。
1.2
集成运放的主要技术指标
集成运算放大器的符号
反相输入端
+
同相输入端
A
输 出 端
一、开环差模电压增益 Aod
一般用对数表示，定义为
Aod 20 lg Δ UO Δ U- Δ U
RF R1
uI
差模输入 电阻
电压放大倍数
uI uI
Rif = 2R1
三种比例运算电路之比较
反相输入 电 路 组 成 同相输入 差分输入
要求 R2 = R1 // RF
Auf uO uI RF RI
要求 R2 = R1 // RF
Auf uO uI 1 RF RI
定义：
U IO
d U IO dT
一般运放为 每度 10 ~ 20 V； 高质量运放低于每度 0.5 V 以下；
四、输入失调电流 IIO
定义： 当输出电压等于零时，两个输入端偏置电流 之差，即
I IO I B 1 I B 2
一般运放为 几十 ~ 一百纳安；高质量的低于 1 nA。
积分和微分电路
积分电路
由于“虚地”，u = 0，故 uO = uC 由于“虚断”，iI = iC ，故
uI = iIR = iCR
1 C 1 RC
R R
uO 得： u C
i
C
dt u C (0 )
u dt u
I
C
(0 )
τ = RC
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课题集成运放大器的基础知识所属章节第三章：集成运算放大器
教学目的1、了解集成运放的组成的符号
2、掌握理想运放的两个重要结论
教学重点1、运算放大器的组成
2、运算放大器的电路符号
3、运算放大器的主要参数
4、理想运算放大器
教学方法讲授法、多媒体课件教学
课题引入
集成运算放大器最早应用于模拟计算机中，如完成加法、减法等数学运算。
而今主要有来完成信号的产生、转换、处理等，集成运算放大器已得到广泛应用。
授课内容
一、集成运算放大器的组成及符号
集成运算放大器实质上是一种双端输入、单端输出，具有高增益，高输入阻抗、低输出阻抗的多极直接耦合放大电路。
1、电路组成
集成运放内部组成框图如图所示。
①输入级
输入级又称前置级，它往往是一个双端输入的高性能差分放大电路。
一般要求其输入电阻高，差模放大倍数大，抑制共模信号的能力强，静态电流小。
②中间级
中间级是整个放大电路的主要放大电路。
其作用是使集成运放具有较强的放大能力，多采用共射（或共源）放大电路。
而且为了提高电压放大倍数，经常采用复合管做放大管，以恒流源作集电极负载。
其电压放大倍数可达千倍以上。
③输出级
输出级具有输出电压线性范围宽，输出电阻小（即带负载能力强），非线性失真小等优点。
多采用互补对称发射极输出电路。
④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。
与分
授课内容立元件不同，集成运放多采用电流源电路为各级提供合适的集电
极（或发射极、漏极）静态工作电流，从而确定了合适的静态工作点。
2、电路符号
旧标准新标准
二、集成运放的主要参数
1、开环差模电压放大倍数Avd
在集成运放无外加反馈时的直流差模放大倍数称为开环差模电压放大倍数。
2、共模抑制比K CMR
共模抑制比等于差模放大倍数与共模放大倍数之比的绝对值，
3、差模输入电阻R id
集成运放在输入差模信号时的输入电阻。
4、输出电阻Ro
集成运放开环状态下的输出电阻。
5、输入失调电压v IO
理想集成运放，当输入为零时，输出也为零。
但实际集成运放的差分输入级不易做到完全对称，在输入为零时，输出电压可能不为零。
为使其输出为零，人为的在输入端加一补偿电压，称此补偿电压为输入失调电压，用v IO表示。
6、输入失调电流I
IO
集成运放在常温下，当输出电压为零时，两输入端的静态电流之差，称为输入失调电流，用I IO表示，
三、理想集成运算放大器
理想运算放大器的条件：
1、开环差模增益（放大倍数）A vd=∞；
2、差模输入电阻R
id
=∞；
3、输出电阻Ro=0；
4、共模抑制比K CMR=∞；
两条重要结论：
①理想集成运放两输入端的净输入电压等于零。
即
v i =v
N
-v
P
=0
v N =v
P，
通常称为“虚短”。
②理想集成运放的两输入端电流均为零。
即
i N -i
P
=0,通常称为“虚断” 。
课堂练习1、集成运放电路是一种高增益的放大器，它的内部电。