汽车集成运算放大器的应用
运算放大器的作用
运算放大器的作用导读：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。
接下来我们就看一下运算放大器的作用到底有哪些吧。
1.运算放大器的作用--简介运算放大器，简称运放，是具有很高放大倍数的电路单元。
运算放大器是运用得非常广泛的一种线性集成电路。
而且种类繁多，在运用方面不但可对微弱信号进行放大，还可做为反相、电压跟随器，可对电信号做加减法运算，所以被称为运算放大器。
不但其他地方应用广泛，在音响方面也使用得最多。
例如前级放大、缓冲，耳机放大器除了有部分使用分立元件，电子管外，绝大部分使用的还是集成运算放大器。
而有时候还会用到稳压电路上，制作高精度的稳压滤波电路。
2.运算放大器的作用--结构运算放大器由输入级、中间级、输出级和偏置电路等四部分构成，如下图所示。
它有两个输入端，一个输出端。
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。
中间级：整个放大电路的主放大器，其作用是使集成运放具有较强的放大能力，多采用共射放大电路。
输出级：具有输出电压线性范围宽、输出电阻小、非线性失真小等特点，多采用互补输出电路。
偏置电路：用于设置集成运放各级放大电路的静态工作点，多采用电流源电路。
3.运算放大器的作用运算放大器的作用就是放大信号。
传感器+运算放大器+ADC+处理器是运算放大器的典型应用电路，此电路对于微弱信号的放大，只用单个放大器难以达到好的效果，必须使用一些较特别的方法和传感器激励手段，而使用同步检测电路结构可以得到非常好的测量效果。
这种同步检测电路类似于锁相放大器结构，包括传感器的方波激励，电流转电压放大器，和同步解调三部分。
需要注意的是电流转电压放大器需选用输入偏置电流极低的运放。
模拟集成电路及应用
模拟集成电路及应用集成电路（Integrated Circuit, IC）是将上千至上百万个电子元件集成在一个芯片上的微电子器件。
集成电路广泛应用于各种电子设备中，包括计算机、手机、电视机、汽车电子、医疗设备等。
集成电路的应用范围非常广泛，产品种类繁多，下面我们来详细介绍一些典型的集成电路及其应用。
首先，我要介绍的是数字集成电路。
数字集成电路是将数字信号处理功能集成在一起的集成电路。
其中，最典型的数字集成电路是微处理器（Microprocessor）和存储器（Memory）。
微处理器是计算机的大脑，它可以进行各种算术和逻辑运算，控制计算机的运行。
存储器则是用来存储数据和程序的地方。
微处理器和存储器相互配合，构成了计算机的核心部件。
除了计算机，数字集成电路还应用在各种数字信号处理设备中，比如数字电视、数字音频设备等。
其次，我们来介绍模拟集成电路。
模拟集成电路是用来处理模拟信号（包括声音、图像、电压等）的集成电路。
其中，最典型的模拟集成电路是运算放大器（Operational Amplifier, OP-AMP）和模拟信号处理器。
运算放大器是一种常用的模拟信号处理器，它具有高增益、高输入阻抗等特性，广泛应用于各种模拟信号处理电路中。
比如，在音频放大器、滤波器、数据采集系统中，都可以看到运算放大器的身影。
模拟信号处理器则是一类专门处理特定模拟信号的集成电路，比如声音处理芯片、图像处理芯片等。
另外，还有一类混合集成电路，即同时包含数字信号处理功能和模拟信号处理功能的集成电路。
最典型的混合集成电路是模拟-数字转换器（Analog-to-Digital Converter, ADC）和数字-模拟转换器（Digital-to-Analog Converter, DAC）。
模拟-数字转换器是将模拟信号转换成数字信号的集成电路，广泛应用于各类数据采集系统中，比如数字万用表、数据采集卡等。
而数字-模拟转换器则是将数字信号转换成模拟信号的集成电路，比如在数字音频设备、数字电视设备中就大量应用了数字-模拟转换器。
半导体器件在汽车上的应用
半导体器件在汽车上的应用三三极管在汽车上的应用三极管在汽车上的应用可以分为三部分,一是组成基本的放大电路;而是构成开关电路三是构成多谐振荡器。
下面分别展开阐述。
在汽车上的应用一三极管放大电路在汽车电子电路沈爱莲浙江汽车职业技术学院机电工程系中的应用三极管处于放大状态时,需要被放大的信号从基极输入,经过三极管放大后,放线圈等旁边都并联有保护二极管。
注意此大了的信号从集电极输出。
三极管的放大电号枝朱广泛地藏豫专汽车乙乎巳经深时二极管一般是负极接高电位,正极接低电路能够将从传感器输出的微弱信号进行熬汽车纸南嫡系镜失大榷汽车韭的电位。
二极管的限幅电路就是利用二极管放大,然后传输到汽车电控单元。
只葭艮红一些禹档絮牟的轿牟上微理器在导通后其两端的正向压降为 . ,达到不过这种放大是一种反向放大,将输入波的使用量达到近个,占整车成本的 %以限制电压幅度的目的,主要应用汽车音响形反了。
但是现代的汽车电路中,由硅栽汽车电寻忆程葭的禹低已经茂鸯电路中。
一个三极管组成的单管放大电路已经很少循熏汽车屯进枝朱的熏要标恕朱炙就赏特殊二极管主要有稳压二极管、发光用到了。
经常是应用多个三极管和外围元的半导体器件的工作特性的介绍阐述了它们二极管和光电二极管等。
在汽车电路中由件组成的集成运算放大器来承担信号的放扭汽车慧路上的王妥蘸豫帮汽年专监嫡于各个电器总成或元件工作电流比较大,大任务。
学生更好地学习《电工电子基础》课程,使使汽车电源系统的电压会出现波动。
在汽二三极管开关电路在汽车电子电路双哮均錾出理论知识与专啦知识缝合起朱车的仪表电路和一部分电子控制电路中,中的应用鳃本待韭的知识需采蠡一些需要精确电压值的地方经常利用稳压当三极管在基极电流控制下,在截止管来获取所需电压。
稳压管在工作时一般和饱和两种状态交替交换,就如同一个开半导体;普通二板管;特殊二极管三极管;特殊是正极接低电位,负极接高电位,此时即使螽侮警÷关的断开与闭合状态交替交换一样。
汽车电工电子技术第6章 集成运放
1.集成运算放大器特性与参数
2）主要特性
（2） 饱和区的特点 理想运放工作在饱和区时，“虚断”的概念依然成立，但
“虚短”的概念不再成立。这时
当u+>u－时，uO=+UOM 当u+<u－时，uO=－UOM
分析运放的应用电路时，首先将集成运放当作理想运 算放大器；然后判断其中的集成运放工作在线性区还是非 线性区。在此基础上分析具体电路的工作原理。
1）基本结构
集成运放的输入级有两 个输入端，其中一个输 入端的信号与输出信号 之间为反相关系，称为
反相输入端
u－
u+
同相输入端
_ ∞Ao 输出端
+
uO
+
反相输入端，另一个输入端的信号与输出信号之间为同相
关系，称为同相输入端，在图中用符号“+”标注。运放有 一个输出端。
1.集成运算放大器结构 2）封装形式
和“虚断”。即
u+≈u－ i+= i－≈0 “虚短”表示集成运放的同相输入端与反相输入端的电 压近似相等，如同将该两点虚假短路一样。若运放其中一个 输入端接“地”，则有u+≈u－=0，这时称“虚地”。 “虚断”表示没有电流流入运放（因为理想运放的差模 输入电阻Rid→∞），如同运放的两个输入端被断开一样。
（7）电源电压UCC 一般都用对称的正、负电源同时供电
1.集成运算放大器特性与参数
2）主要特性
电压传输特性是指表示集成运放输出电压u0与输入电压ui之间关 系的特性曲线
线性区
饱和区
饱和区
1.集成运算放大器特性与参数
2）主线要特性性区
u0＝ A0 (u+-u-)= A0ui
集成运算放大器应用介绍
控制电路
集成运算放大器可以 用于控制电路，实现
1 对电压、电流、频率
等参数的调节和控制。
集成运算放大器可
4
以用于实现开关控
制，实现对电路的
开关控制。
集成运算放大器可以
应用于自动调速、自
动调压、自动调温等
2
控制系统中，实现对
系统的精确控制。
3
集成运算放大器可
以用于实现PID控制，
实现对系统的稳定
控制。
03
信号发生器：用 于产生各种波形 的信号，如正弦 波、方波、三角 波等，以实现信 号的测试和仿真
04
信号处理：用于 实现信号的放大、 滤波、调制、解 调等处理，以满 足各种信号处理 的需求
4
集成运算放大 器的发展趋势
更高性能
01
更高精度： 提高运算 放大器的 精度，降 低误差
02
更高速度： 提高运算放 大器的响应 速度，满足 高速信号处 理需求
04
消费电子：用于 音频处理、图像
处理等
05
汽车电子：用于 汽车电子控制单
元（ECU）等
06
航空航天：用于 导航、控制等
07
物联网：用于传 感器网络、智能
设备等
08
绿色能源：用于 太阳能、风能等 可再生能源的转
换和控制
谢谢
03
更低功耗： 降低运算放 大器的功耗， 提高能源效 率
04
更小体积： 减小运算放 大器的体积， 满足便携式 设备的需求
05
更多功能： 集成更多功 能，如信号 处理、数据 转换等，提 高集成度
更低功耗
01 随着技术的进步，集成运算 放大器的功耗越来越低，提 高了设备的能源效率。
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
集成运算放大器在汽车上的应用
集成运算放大器在汽车上的应用作者：沈爱莲来源：《职业·中旬》2009年第07期当前,电子学电路的标准已经由以往的晶体管、二极管等分立器件组成的电路变为使用集成运算放大器的电路。
虽然三极管具有放大作用,但是由一个三极管组成的放大电路,其放大能力是有限的。
所以,在汽车电路中,一般不常使用。
为了获得高倍数的放大能力,将多个三极管以级联的方式构成多级放大电路,是一个较好的方法。
随着电子技术的不断发展,将各种分立元件的多级放大器集成在一块半导体芯片内,构成了集成运算放大器,简称集成运放。
一、集成运放的工作区域及其应用集成运放的工作区域可以分为线性放大区和饱和非线性区两种。
在汽车电路中,这两种区域的使用都很普遍。
集成运放电路如果引入负反馈电路,则其工作于线性区域,主要用来构成各种集成运算电路,将微弱的信号进行放大;反之,如果集成运放引入正反馈电路或工作于开环状态(即没有引入任何的反馈电路),则它工作于非线性饱和区,主要应用是构成各种电压比较器。
所谓反馈,就是将电路输出的一部分或全部(如输出电压、或输出电流等),通过反馈回路重新送回到输入端,与原来的输入信号进行比较分析,从而得到新的输入信号(称为净输入量,此信号作为放大电路真正的输入量),使电路的性能得到改善。
二、集成运算放大器在汽车电路中的主要应用1.集成运算放大器工作于线性区集成运放组成的各种运算放大电路主要有反向比例放大器、同相比例放大器和差分放大器(即差动运算放大器或减法运算电路)。
在汽车电路中,集成运放一般安装在ECU模块内部,在外部一般看不到独立的集成运放。
其中,以差分运算放大器组成的电桥放大电路在汽车上的应用比较典型。
此电路可以对温度、压力或变形等进行检测。
这种电路广泛应用于汽车电喷发动机中。
2.集成运算放大器工作于非线性区域工作于非线性饱和区时,集成运放电路构成了各种电压比较器。
比较器就是将两个输入电压进行比较,比较的可能(即电路的输出)只有两种,要么是低电平,要么是高电平。
集成运算放大器的发展与应用
集成运算放大器的发展与应用1.引言集成运算放大器（Integrated Operational Amplifier，简称集成运放）是现代电子电路中的重要组成部分。
它的发展与应用经历了多个阶段，从早期的晶体管放大器到现代的高性能集成运放，其应用领域也在不断扩展。
本文将详细介绍集成运放的发展历程、应用领域、优势以及未来趋势。
2.集成运算放大器的发展2.1早期阶段在集成运放发展的早期阶段，人们主要使用晶体管搭建放大电路。
然而，这种方法的电路复杂，调试困难，且性能不稳定。
2.2晶体管放大器阶段随着晶体管技术的进步，人们开始将多个晶体管集成到一起，形成了晶体管放大器。
这种放大器具有更稳定的性能和更小的体积，但在使用上仍然存在一些不便。
2.3集成电路放大器阶段随着集成电路技术的发展，人们开始将多个晶体管和其他元件集成到一块芯片上，形成了集成电路放大器。
这种放大器具有更高的性能和更小的体积，同时降低了成本。
2.4现代集成放大器阶段随着电子技术的不断进步，现代集成放大器在性能、体积、成本等方面都得到了极大的提升。
同时，为了满足不同应用的需求，各种特殊类型的集成运放也应运而生。
3.集成运算放大器的应用领域3.1信号放大集成运放广泛应用于信号放大领域，用于提高信号的幅度和功率。
3.2模拟运算集成运放可以实现模拟运算，如加法、减法、乘法、除法等，广泛应用于模拟电路中。
3.3数字运算通过数字电路与集成运放的结合，可以实现数字信号的处理与运算。
3.4自动控制集成运放在自动控制系统中起到关键作用，用于实现各种控制算法。
3.5音频处理在音频处理领域，集成运放被广泛应用于音频放大和音效处理。
3.6其他领域除了上述应用领域外，集成运放还广泛应用于通信、测量、电力电子、医疗器械等多个领域。
4.集成运算放大器的优势4.1高增益集成运放具有较高的增益，能够实现对微弱信号的放大。
4.2低失真相比于分立元件搭建的放大电路，集成运放的失真更低。
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1.2 加法和减法运算电路
1、加法运算电路
根据运放工作在线性区的两条分析依据可知：
i f i1 i 2
i1
u i1 ui2 uo i i ，2 ，f R1 R2 RF RF RF u o ( u i1 ui2 ) R1 R2
ui 1 R1 i1 if ui 2 R2 i2 Rp
ui 0 u i1 R1 R1 u u o ui u o if RF RF
if R1 i1 ui Rp
RF
－ +
∞
+ uo
Δ
由此可得：
RF uo 1 ui R1
输出电压与输入电压的相位相同。
同反相输入比例运算电路一样，为 了提高差动电路的对称性，平衡电 阻 R p R1 // R F 。 闭环电压放大倍数为： uo RF Auf 1 ui R1 可见同相比例运算电路的闭环电压 放大 倍 数 必定 大 于 或等 于 1。当 Rf 0 R1 uo ui 或 时， ，即
R1 i1 Rp if ui RF
－ +
∞
+ uo
Δ
由此可得： u o
RF ui R1
式中的负号表示输出电压与输 入电压的相位相反。
闭环电压放大倍数为： uo RF Auf ui R1 当 R F R1 时， u o u i ， 即 Auf 1 ，该电路就成了反 相器。 图中电阻 Rp 称为平衡 电 R R1 // R F 阻， 通 常取 p ，以 保证其输入端的电阻平衡，从 而提高差动电路的对称性。
R1 ri 100 k
及闭环电压放大倍数的公式 Auf
Rf ， R1
可求得反馈电阻 Rf 为：
R f Auf R1 102.5 100 10250 k 10 M
此值过大，不切实际。
2、同相输入比例运算电路
根据运放工作在线性区的两条分析 依据可知： i1 i f ， u u u i 而
－ +
∞
+ uo
输入电阻为：
u i R1i1 ri R1 100 k i1 i1
平衡电阻为：
R 2 R1 // R f1 R f2 // R f3 100 //200 50 // 1 66.8 k
（ 2 ） 如 果 改 用 图 4-1 的 电 路 ， 由 Auf 102.5 ，
解（1）闭环电压放大倍数为：
1 Rf1Rf2 Auf Rf1 Rf2 R1 Rf3 1 200 50 u 200 50 i 100 1 102.5
if1 R1 i1 R2
Rf1 Rf3
Δ
Rf2 if3 if2
if ui R1 i1 Rp
RF
－ +
∞
+ uo
Δ
图示电路既能提高输入电阻，也能满足一定放大倍数的要求。 根据运放工作在线性区的虚短和虚断两条分析依据，可以推出 图4-2所示电路的闭环电压放大倍数为：
uo Rf1Rf2 1 Auf Rf 1 Rf2 ui R1 Rf3
电子技术基础
集成运算放大器的应用
学习要点
• 集成运算放大器在线性和非线性应用 时的基本概念和分析依据 • 集成运算放大器在线性和非线性应用 时的分析方法 • 集成运算放大器典型线性应用电路的 组成、工作原理和电路功能 • 集成运算放大器典型非线性应用电路 的组成、工作原理和电路功能
集成运算放大器的应用
Rf1 if1 R1 i1 R2 Rf3
Δ
Rf2 if3 if2
ui
－ +
∞
+ uo
例 在图4-2所示电路中，已知R1=100kΩ，Rf1=200kΩ， Rf2=200kΩ， Rf3=1kΩ，求： （1）闭环电压放大倍数Auf、输入电阻ri及平衡电阻R2； （ 2 ）如果改用图 4-1 的电路，要想保持闭环电压放大倍 数和输入电阻不变，反馈电阻Rf应该多大？
• 1 模拟运算电路 • 2 信号处理电路 • 3 正弦波振荡器 • 4 使用运算放大器应 注意的几个问题
1 模拟运算电路
1.1 比例运算电路
1、反相输入比例运算电路
根据运放工作在线性区的两条 分析依据可知：i1 i f ，u u 0 而
ui u ui i1 R1 R1 u uo uo if RF RF
Auf 1
－ ui +
∞
+ uo
电压跟随器
Δ
，这时输出电压跟随输入电
压作相同的变化，称为电压跟随器。
例 在图示电路中，已知R1=100kΩ， Rf=200kΩ ，ui=1V，求输 出电压uo，并说明输入级的作用。
Rf － ui +
∞
+ R1 uo1 R2 － +
解 输入级为电压跟随器，由于是电压串联负反馈，因 而具有极高的输入电阻，起到减轻信号源负担的作用。且 u o1 u i 1 V ，作为第二级的输入。 第二级为反相输入比例运算电路，因而其输出电压为： Rf 200 uo u o1 1 2 (V) R1 100
Δ
∞
+ uo
Δ
例 在图示电路中，已知R1=100kΩ， Rf=200kΩ ， R2=100kΩ， R3=200kΩ ， ui=1V，求输出电压uo。
解 根据虚断，由图可得： R1 u uo R1 R f
R3 u ui R 2 R3
Rf R1 ui R2 R3
－ +
∞
+ uo
Δ
Rf R1
－ + R3
∞
+ uo
Δ
又根据虚短，有：u u 所以：
ui
R2
R3 R1 uo ui R1 R f R 2 R3
R f R3 uo 1 R R R u i 1 2 3 可见图 4-6 所示电路也是一种同相输入比例 运算电路。代入数据得： 200 200 u o 1 1 2 (V) 100 100 200
Δ
RF ∞ + uo
由此可得：