基本运算放大器电路设计
详解运放七大应用电路设计
详解运放七大应用电路设计运放的基本分析方法：虚断，虚短。
对于不熟悉的运放应用电路，就使用该基本分析方法。
运放是用途广泛的器件，接入适当的反馈（网络），可用作精密的交流和直流放大器、有源（滤波器）、（振荡器）及电压（比较器）。
1、运放在有源滤波中的应用上图是典型的有源滤波电路（赛伦-凯电路，是巴特沃兹电路的一种）。
有源滤波的好处是可以让大于截止频率的（信号）更快速的衰减，而且滤波特性对（电容）、电阻的要求不高。
该电路的设计要点是：在满足合适的截止频率的条件下，尽可能将R233和R230的阻值选一致，C50和C201的容量大小选取一致（两级RC电路的电阻、电容值相等时，叫赛伦凯电路），这样就可以在满足滤波性能的情况下，将器件的种类归一化。
其中电阻R280是防止输入悬空，会导致运放输出异常。
滤波最常用的3种二阶有源低通滤波电路为巴特沃兹，单调下降，曲线平坦最平滑；巴特沃兹低通滤波中用的最多的是赛伦凯乐电路，即（仿真）的该电路。
一个滤波器，要知道其截至频率是多少，或者能写出传递函数和频率响应也可以。
如果该滤波器还有放大功能，要知道该滤波器的增益是多少。
当两级RC电路的电阻、电容值相等时，叫赛伦凯电路，在二阶有源电路中引入一个负反馈，目的是使输出电压在高频率段迅速下降。
二阶有源低通滤波电路的通带放大倍数为1+（Rf）/R1 ，与一阶低通滤波电路相同；截止频率为注明，m的单位为欧姆，N 的单位为u 所以计算得出截止频率为切比雪夫，迅速衰减，但通带中有纹波；贝塞尔（椭圆），相移与频率成正比，群延时基本是恒定。
2、运放在电压比较器中的应用上图是典型信号转换电路，将输入的交流信号，通过比较器LM393，将其转化为同频率的方波信号（存在反相，让软件处理一下就可以），该电路在交流信号测频中广泛使用。
该电路实际上是过零比较器和深度放大电路的结合。
将输出进行（1+R292/R273）倍的放大，放大倍数越高，方波的上升边缘越陡峭。
常用运算放大器16个基本运算电路
5. 微分运算电路
微分运算电路如图 5 所示，
XFG1
R2 15kΩ
C2
22nF
V3
R1
C1
4
12 V
2
1kΩ
22nF
U1A
1
3
T L082CD
8
V2 12 V
XSC1
A +_
B +_
Ext Trig +
_
图5
电路的输出电压为 uo 为：
uo = −R2C1 dui dt
式中， R2C1 为微分电路的时间常数。若选用集成运放的最大输出电压为UOM ,
式中，Auf = 1+ RF / R1 为同相比例放大电路的电压增益。同样要求 Auf 必须小于 3， 电路才能稳定工作，当 f = fo 时，带通滤波器具有最大电压增益 Auo ，其值为：
Auo = Auf / (3 − Auf )
10. 二阶带阻滤波电路
二阶带阻滤波电路如图 10 所示，
C1
1nF R1
_
图 15 全波整流电路是一种对交流整流的电路，能够把交流转换成单一方向电 流，最少由两个整流器合并而成，一个负责正方向，一个负责负方向，最典 型的全波整流电路是由四个二极管组成的整流桥，一般用于电源的整流。 全波整流输出电压的直流成分（较半波）增大，脉动程度减小，但变压器需 要中心抽头、制造麻烦，整流二极管需承受的反向电压高，故一般适用于要 求输出电压不太高的场合。
R1 10kΩ
4 2
12 V
U1A 1
3
8 TL082CD
R3 9kΩ
V2 12 V
D2 1N4148
XSC1
A +_
运算放大器原理图
运算放大器原理图运算放大器（Operational Amplifier，简称Op-Amp）是一种重要的电子元件，它在电子电路中起着非常重要的作用。
本文将介绍运算放大器的原理图及其工作原理。
首先，让我们来了解一下运算放大器的基本结构。
运算放大器通常由一个差分输入级、一个级联放大器和一个输出级组成。
差分输入级通常由两个输入端和一个差分放大器组成，级联放大器由多个级联的放大器组成，输出级则是一个输出放大器。
运算放大器的电路图如下所示：（插入运算放大器原理图）。
在实际应用中，运算放大器通常用来放大电压信号、求和、差分运算、积分、微分等。
运算放大器具有高输入阻抗、低输出阻抗、大增益、宽带宽等特点，可以实现很多复杂的电路功能。
运算放大器的工作原理是基于反馈原理的。
在运算放大器的反馈电路中，通过外部连接的电阻、电容等元件，将部分输出信号反馈到输入端，从而实现对输出信号的控制。
通过控制反馈电路的参数，可以实现对运算放大器的增益、频率特性等进行调节。
另外，运算放大器还有一些常见的特性，比如输入偏置电流、输入偏置电压、共模抑制比、噪声等。
这些特性对于运算放大器的实际应用有着重要的影响，需要在设计电路时进行充分考虑。
在实际应用中，运算放大器广泛应用于模拟电路、数字电路、信号处理、自动控制等领域。
比如，运算放大器可以用来设计滤波器、比较器、振荡器、放大器等电路，也可以用来实现信号的调理、放大、滤波、整形等功能。
总的来说，运算放大器是一种非常重要的电子元件，它在电子电路中有着广泛的应用。
通过对运算放大器的原理图及其工作原理的了解，可以更好地应用运算放大器设计各种电路，实现各种功能。
希望本文对读者有所帮助，谢谢阅读！。
运算放大器设计.ppt
40~8 仪表放 3.05
5
大器
8PDIP 精密,
0
50
0.5
12 0
5
8
9
0. 7
4. 5
36
/40~8
低功耗 USD 仪表放 4.95
5
大器
0.0 02
50+ 500/ G
5+2 0/G
12 0
5
8
9
PDIP- 精密低
0. ± ±2. 8/-
功耗仪 USD
7 18 25
40~8 表放大 3.05
7、低噪声运放电路 噪声模型
手册已知OP的宽带噪声输入电压密度 ER R/8(nV/ Hz)
输入电流噪声密度
En(nV/ Hz)
给定电阻阻值。
计算按照上述方式的噪声电压
计算方法：1)找到EN
ENT ENEI ER 222
2）计算噪声电流在电阻上的 噪声电压EI=INxR
3)计算电阻热噪声 E n
4 .2 n V /
Hz
1K R1 // R 2
1n V / 4nV
Hz
/
Hz
VOUT
E NT G N
1 3
V RM S
BW
4 .2 1 0 1
1000 H z
No Image
PDIP8/40~8 5
单电源, 微功耗, 仪表运 算放大 器
USD 2.10
0.0 02
250
3
83 25
பைடு நூலகம்
35
160
0. ± ±1. 18 18 35
PDIP8/40~8 5
微功耗 仪表放 大器
USD 1.40
常用运放电路及其各类比较器电路
彭发喜，制作同相放大电路：运算放大器的同相输入端加输入信号，反向输入端加来自输出的负反馈信号，则为同相放大器。
图是同相放大器电路图。
因为e1=e2，所以输入电流极小，输入阻抗极高。
如果运算放大器的输入偏置电流，则e1=e2放大倍数：原理图：反相比例运算放大电路图:1号图：2号图：反相输入放大电路如图1所示，信号电压通过电阻R1加至运放的反相输入端，输出电压vo通过反馈电阻Rf反馈到运放的反相输入端，构成电压并联负反馈放大电路。
R ¢为平衡电阻应满足R ¢= R1//Rf。
利用虚短和虚断的概念进行分析，vI=0，vN=0，iI=0，则即∴该电路实现反相比例运算。
反相放大电路有如下特点1．运放两个输入端电压相等并等于0，故没有共模输入信号，这样对运放的共模抑制比没有特殊要求。
2．vN= vP，而vP=0，反相端N没有真正接地，故称虚地点。
3．电路在深度负反馈条件下，电路的输入电阻为R1，输出电阻近似为零。
运算放大器减法电路原理：图为运放减法电路由e1输入的信号，放大倍数为R3/R1，并与输出端e0相位相反，所以由e2输入的信号，放大倍数为与输出端e0相位相，所以当R1=R2=R3=R4时e0=e2-e1加法运算放大器电路：加法运算放大器电路包含有反相加法电路和同相加法电路.同相加法电路:由LF155组成。
三个输入信号同时加到运放同相端，其输入输出电压关系式：反相加法电路：由运算放大器lm741组成。
（lm741中文资料）反相加法运算电路为若干个输入信号从集成运放的反相输入端引入，输出信号为它们反相按比例放大的代数和。
电压比较器：图4(a)由运算放大器组成的差分放大器电路，输入电压VA经分压器R2、R3分压后接在同相端，VB通过输入电阻R1接在反相端，RF为反馈电阻，若不考虑输入失调电压，则其输出电压Vout与VA、VB及4个电阻的关系式为：Vout=(1+RF/R1)·R3/(R2+R3)VA-(RF/R1)VB。
运算放大器应用电路的设计与制作
运算放大器应用电路的设计与制作(一） 运算放大器 1.原理运算放大器是目前应用最广泛的一种器件,当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反响电路时，可以灵敏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、对数等模拟运算电路。
运算放大器一般由4个局部组成，偏置电路，输入级，中间级，输出级。
图1运算放大器的特性曲线 图2运算放大器输入输出端图示图1是运算放大器的特性曲线，一般用到的只是曲线中的线性局部。
如图2所示。
U -对应的端子为“-〞，当输入U -单独加于该端子时，输出电压与输入电压U -反相，故称它为反相输入端。
U +对应的端子为“＋〞，当输入U +单独由该端参加时，输出电压与U +同相，故称它为同相输入端。
输出：U 0= A(U +-U -) ； A 称为运算放大器的开环增益〔开环电压放大倍数〕。
在实际运用经常将运放理想化，这是由于一般说来，运放的输入电阻很大，开环增益也很大，输出电阻很小，可以将之视为理想化的，这样就能得到: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化参数。
2.理想运放在线性应用时的两个重要特性输出电压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〞。
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汲取电流极小。
上述两个特性是分析理想运放应用电路的根本原那么，可简化运放电路的计算。
3. 运算放大器的应用 (1)比例电路所谓的比例电路就是将输入信号按比例放大的电路，比例电路又分为反向比例电路、同相比例电路、差动比例电路。
(a) 反向比例电路反向比例电路如图3所示，输入信号参加反相输入端:图3反向比例电路电路图对于理想运放，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 ’＝R 1 // R F 。
运放三种输入方式的基本运算电路及其设计方法【范本模板】
熟悉运放三种输入方式的基本运算电路及其设计方法ﻫ2、了解其主要特点,掌握运用虚短、虚断的概念分析各种运算电路的输出与输入的函数关系。
3、了解积分、微分电路的工作原理和输出与输入的函数关系.ﻫﻫ学习重点:应用虚短和虚断的概念分析运算电路。
ﻫﻫ学习难点：实际运算放大器的误差分析ﻫﻫ集成运放的线性工作区域前面讲到差放时,曾得出其传输特性如图,而集成运放的输入级为差放,因此其传输特性类似于差放.ﻫ当集成运放工作在线性区时,作为一个线性放大元件ﻫﻫ v o=A vo v id=Ａvｏ(v+－v-)ﻫﻫ通常A vo很大，为使其工作在线性区,大都引入深度的负反馈以减小运放的净输入,保证vｏ不超出线性范围。
ﻫ对于工作在线性区的理想运放有如下特点:ﻫ∵理想运放Ａvo=∞,则 v＋－v—=v o/ Aｖｏ＝0 ｖ+＝ｖ—ﻫ∵理想运放R i=∞ ｉ+＝i—=０ﻫﻫ这恰好就是深度负反馈下的虚短概念。
ﻫﻫ已知运放Ｆ０0７工作在线性区,其A vo=10０ｄB=１05 ,若v o=1０V，R i＝２MΩ。
则v+—v—=?,i＋=？,i-=?ﻫﻫ可以看出,运放的差动输入电压、电流都很小，与电路中其它电量相比可忽略不计。
这说明在工程应用上,把实际运放当成理想运放来分析是合理的 .返回第二节基本运算电路比例运算电路是一种最基本、最简单的运算电路,如图8。
1所示.后面几种运算电路都可在比例电路的基础上发展起来演变得到。
v o∝v i：v o=ｋ v i（比例系数k即反馈电路增益 A vF,vｏ=A vF v i)输入信号的接法有三种:ﻫﻫ反相输入（电压并联负反馈）见图８.2ﻫﻫ同相输入（电压串联负反馈）见图8.3ﻫ差动输入（前两种方式的组合)ﻫ讨论:ﻫ１）各种比例电路的共同之处是：无一例外地引入了电压负反馈。
2）分析时都可利用"虚短”和”虚断”的结论： iＩ=０、vＮ=ｖｐ .见图8．４ﻫ３）A vＦ的正负号决定于输入v i接至何处：ﻫ接反相端：A vF<0ﻫ接同相端:A vＦ>０，见图8。
运算放大器设计电路
44实践课题设计制作者：学号：班级：指导老师：一．摘要：1.利用反相加法运算电路和反向比例运算实现U0=4(U1+U2+U3)的功能。
2.为了使电路工作在线性区，应引入深入负反馈，将反馈Rf电阻接到反向输入端。
关键词：运放运算英文：1Using the method of adding operation circuit and reverse proportion computation (realizeU0 = 4( U1 + U2 + U3) function.2. To make circuits work should be introduced in linear area, deeply negative feedback, will feedback received its noninverting input Rf resistance.二．设计要求：利用运算放大器设计电路：U0=4(U1+U2+U3)三．设计步骤：1.电路图R1 4kΩR2 4kΩR34kΩR44kΩR54kΩR64kΩU1OPAMP_3T_VIRTUALU2OPAMP_3T_VIRTUAL2 153U1U2U3Uo2.工作原理：为了达到U0=4(U1+U2+U3)。
运放A1反向加法器。
A2反向比例运算使其达到设计要求。
3.参数设计计算基本关系式1.U01=-(Rf/R1)U1+(Rf/R2)U2+(Rf/R3)U32.U0=(Rf`/R4)U013.U0=(Rf`/R4)(Rf/R1)U1+(Rf/R2)U2+(Rf/R3)U32.参数设计：R1=R2=R3=4KRf=Rf`=4K R`=4K U1=U2=U3=1V R4=1K3.理论验证:U0=(Rf`/R4)(Rf/R1)U1+(Rf/R2)U2+(Rf/R3)U3=4(1+1+1)=12V四．仿真令：R1=R2=R3=4KRf=Rf`=4K R`=4K U1=U2=U3 =1V R4=1K仿真图：（1）通过仿真实验符合设计。
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武汉理工大学
开放性实验报告
（A类）
项目名称：基本运算放大器电路设计实验室名称：创新实验室
学生姓名：**
创新实验项目报告书
三、实验过程（记录实验流程，提炼关键步骤）（尽可能详细）
a）确定元件型号，查找相关资料，设计最初的设计原理图b）在仿真软件上进行仿真。
c）按照电路原理图焊接电路板。
d）对电路板进行调试，并进行改进。
r4W
这是刚开始时的电路仿真图，有许多的错误，刚开始时没有考虑共地端进行直流偏置，同时没有满足R3=R2//R1 ;并且在加法器中没有连接电源，而且还理解错了题意，将理应接为1V交流信号的接成了1V直流电源，可以说错误非常多。
后进行了重新设计，电路图如下。
R1
JDfllcn
由于只使用单电源供电，故需对电路进行共地处理，其中有电压跟随器构成 的2.5V 虚地端。
电路参数基本满足要求。
黄色线条为反相放大器输入信号，其峰峰值为
20mVpp 蓝色线条为反相放 大器输出信号，正好相位相反，峰峰值为 200mVpp 符合-10的放大预期。
该结果为加法器的结果。
蓝色线条表示反相放大器的输出信号，其峰峰值为 200mVpp 红色线条表示加法器相加的另一信号，其峰峰值为
1Vpp ；绿色线条表
示加法器相加的结果，其峰峰值为 800mVpp 这是因为相加的两个信号正好相位 相反，结果即为两信号相减。
Os
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Ck2 1 JOrV 口 g Hi V
Vu L= C 1
MX<iu=
旳0|3!
X
W3TTWB
・ MniM
«WVKWU
Bode Plotter-
XBP1
Mode
Magnitude Phase
Horizontal Vertical * 32.846 kHz 16.871 dB
Reverse Save Set..,
+ In - + Out
如图为电路反相加法器的波特图，其增益为19.99dB, 32kHz为其3dB点四、实验结果（详细列出实验数据、结论分析）
五、实验总结（实验中遇到的已解决和未解决的问题）
通过本次实验，我发现课本中简单的运算放大电路原来也并不是那么简单 的，也需要经过不断地调试，测验。
未解决的问题有：1.反向运算放大器在级联后增益减小，无法解决；
1、 实验报告正文内容需达到 3页以上;
2、 可以添加加附录；
3、 实验报告应加强对实验过程的说明。
BAvpr
6 7 E 1： 11 1J
15 ir
:17 I = '19 50 21 32
- f/Hs 10 20
40 50 U/r. jpp
512 ^12 512
SL2 SI 2 f/Hl LOO 110 120
130 140 U/r.7pp
5SB 523
5LS 526 528 f/H? ?00 210
?30 240 U/r.7pp 充日 52S 宓
520 520 f/Hs 100
310 320
33C 340 520
520 520
520 520 £/H Z
400
+1U 420
430 440
520
520 52)0 52C 520 f/Hi hOO
510 530 340 B/nVui 530
520 520 52C 520 f/Wr
600
alO 62)0 630 a40
520 U20 侧 520 f/Hr 700
710 730 740
520 520
磁
创 32Q £/Hi 30C
310
B30 840 H/n7pp 520
320 巧20 520 i20 E/H J
900 910
敢 930 940 n/r7pr 520 520
52)0 520 520 A fc! C b
E fAz LOOO 2000 3000 4JUC 5000 U?lVpp
52fl 520 520 530 520 /Hz 2000.
30000 4000) SOOOO
50000 ⑷
120
112
11：
104
第一级反相放大电路结果如上图,
to KO l?0 5cS 2F.Q 520 350 70 讥」 iri 52B 沖 520 肚_ 肘 90 520 &20 170 180 528 528 270 S8Q 520 520 370 580 190 520
阿
52Q
沪
n
0 0 0 0 0 0 0
0 0-0000 52吐走
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U •- 2_h ~2f i 2f i n Q o -u -n - n i 6 z 32：' 520 5Z +70 4E0 45D □20 E20 □ 20 570 5S0 39D 520 E20 52
0 ■570 680 fi9D 520 E20 S20 7?a 780 790
330 520 H3 370 880 090 □20 520 521 970
98Q
990 520 52C 520 >0i. .
3300 9COO IDO. J 512 700CO eoooo
4S0
H OC I O
O
1QOOO O
1C4
440
在6kHz 开始出现增益衰减，增益小于20dB。