集成运算放大器的线性应用电路
集成电路运算放大器的线性应用
高开环增益
输入端几乎不吸收电流， 使得输入信号源不受负
载影响。
输出端具有很低的内阻， 可以驱动较大的负载。
无反馈时的电压放大倍数 极高，使得运算放大器具
有很高的放大能力。
高共模抑制比
对共模信号（两个输入端共 有的信号）有很强的抑制能
力，提高了抗干扰性能。
常见集成电路运算放大器类型
通用型运算放大器
高精度运算放大器
故障诊断与排除方法
01 02 03 04
当运算放大器出现故障时，首先检查电源和接地是否正常，排除电源 故障。
检查输入信号是否正常，以及输入电路是否存在短路或开路现象。
观察运算放大器的输出信号是否正常，如有异常则检查反馈电路和元 件是否损坏。
使用示波器等测试工具对运算放大器进行测试，进一步确定故障原因 并进行修复。
参考运算放大器的典型应 用电路，选择合适的外围 元件和参数。
应用注意事项与技巧
01 在使用运算放大器前，应对其进行充分的测 试和验证，确保其性能稳定可靠。
02
合理设计运算放大器的输入和输出电路，避 免引入不必要的噪声和失真。
03
注意运算放大器的电源和接地设计，确保电 源稳定且接地良好。
04
根据应用需求选择合适的反馈电路和元件， 以实现所需的放大倍数和带宽。
音频滤波器
通过配置运算放大器和外围元件，构成 各种滤波器，如低通、高通、带通等， 对音频信号进行频率选择和处理。
传感器信号调理电路
传感器信号放大电路
01
针对传感器输出的微弱信号，利用运算放大器进行放大，提高
信号的幅度和信噪比。
传感器信号滤波电路
02
去除传感器信号中的噪声和干扰，提取有用的信号成分，提高
集成运算的线性应用实验报告.doc
集成运算的线性应用实验报告篇一：集成运算放大器的线性应用--实验篇集成运算放大器的线性应用一、实验名称：集成运算放大器的线性应用二、实验任务及目的1.基本实验任务用运放设计运算电路。
2.扩展实验任务用运放构成振荡频率为500Hz的RC正弦波振荡器。
3.实验目的掌握运放线性应用电路的设计和测试方法三、实验原理及电路1.实验原理运算放大器的线性应用，即将运放接入深度负反馈时，在一定范围内输入输出满足线性关系。
2.实验电路图2.15.1 U0=5Ui1+Ui2（Rf=100k）电路（注意平衡电阻的取值！）图2.15.2 U0=5Ui2-Ui1（Rf=100k）电路（注意输入端电阻的匹配！）图2.15.3 uo??（Cf=0.01?F）电路?图2.15.4 可调恒压源电路（注意电位器的额定功率！）图2.15.5 恒流源电路（注意负载电阻的取值！）图2.15.6 RC正弦波振荡器四、实验仪器及器件1.实验仪器稳压电源1台，使用正常；数字万用表1台，使用正常；示波器1台，使用正常；函数信号发生器1台，使用正常。
2.实验器件DC信号源1个，使用正常；uA741运放2个，使用正常；1kΩ电阻1个，10kΩ电阻2个，15kΩ电阻1个，17kΩ电阻1个，20kΩ电阻2个，33kΩ电阻1个，51kΩ电阻1个，100kΩ电阻4个，0.01μF电容1个，10kΩ电位器1个，使用正常。
五、实验方案与步骤1.按照图2.15.1接好电路，将输入端接地（ui1=0，ui2=0），万用表监测输出电压，接通±15V电源后，调整调零电位器，尽量使Uo接近零，若不为零，则需记录该失调电压的数值。
将DC信号源接通电源，万用表监测DC信号源输出，按照表格中要求的参数调整旋钮，测量输出电压。
2.按照图2.15.2接好电路，记录该失调电压，将DC信号源接通电源，按照表格中要求的参数调整旋钮，测量输出电压。
3.按照图 2.15.3接好电路，调节函数信号发生器输出1kHz/4V的方波信号。
集成运算放大器的线性应用实验
6 积分器
模拟电路实验箱-集成运算放大器的线性应用
业
一、实验目的
精
于 勤
1、掌握用集成运算放大器构成各种基
本运算电路的方法；
技
精
2、掌握用集成运算放大器构成的各种
于 专
基本运算电路的调试和测试方法；
学 以
3、通过实验初步掌握集成运算放大器 的使用方法。
致
用
模拟电路实验箱-集成运算放大器的线性应用
匠心智拓（天津）科技有限公司
业 精 于 勤 技 精 于 专 学 以 致 用
模拟电路实验箱
模拟电路实验箱-集成运算放大器的线性应用
业
一 实验目的
精 于
二 实验设备
勤
三 实验原理
技
四 实验内容
精 于
五 讨论题
专
六 实验报告
学
以 1 放大器调零
2 反相比例放大器
致 用
3 同相比例放大器
4 加法器
5 减法器
技 端之间,便构成同相比例放大器电
精 路。如右图所示。其运算关系为：
于 专
Uo=(1+Rf/R1)Ui
该式表明,输出电压与输入电
学 压是比例运算关系。
以
若R1不接或Rf=0，则为跟随
致 用
器。
Uo=Ui
模拟电路实验箱-集成运算放大器的线性应用
业 1. 按图接好电路,在反相端加入交流信号Ui=1KHz,
∞ 100K
用
模拟电路实验箱-集成运算放大器的线性应用
业 精 于 勤 技 精 于 专 学 以 致 用
模拟电路实验箱-集成运算放大器的线性应用
业
3.4、加法器
精
电子技术基础--第七章--集成运算放大器的线性应用和非线性应用
i1 i f 0
u O (1
Rf R1
)u i
u I 0 R1i1
uI i2 i1 R1
i1
uI R1
0 u M R2 i2
u M R2 i 2 R2 uI R1
0 u M R3i3
减法器的输出电压为两个输入信号之差乘以放大系数 Rf/R1, 故又称它为差分放大器。 为减小失调误差 R1//Rf=R2//R3
（五）反相积分运算电路
duC i 2 C dt
uC 0 uO
duo i2 C dt
u I 0 R1i1
i1 i2 0
du uI (C o ) 0 R1 dt
vI T
（同相过零比较器）
O
2
3
4
t
电压传输特性
vO
vO VOH
VOH O t
O VOL
vI
VOL
思考
1.若过零比较器如图所示，则它 的电压传输特性将是怎样的？ 2.输入为正负对称的正弦波时， 输出波形是怎样的？
+VCC vI + A -VEE vO
vI T 2
+VCC vI + A -VEE vO
具体电路的工作原理，其它问题也就迎刃而解了。
比例运算电路 加法电路
减法电路 积分电路
微分电路
一、运算电路
• （一）反相比例运算电路 • （二）同相比例运算电路
（一）反相比例运算电路
i1 i f 0
u N uo R f i f
if u N uO u O Rf Rf
集成运放的线性应用电路
集成运放的线性应用电路首先需要熟悉理想集成运放基本特性：1）开环差模增益（放大倍数）Aod=∞；2）差模输入电阻Rid=∞；3）输出电阻Ro=0；这是理解电路的基础。
uo=Aod*(up-un)。
uo=Aod*(up-un)其次还需要清楚，运放的组成是三极管所组成的单元，需要（电源）才能够正常工作，为此实际工作时，需要有电源为其供电提供输出能量。
最后，必须清楚的是，uo输出的范围在供电电源电压之内变化，如果理论输出值大于电压电压范围，则运放处于非线性区，只能输出最大值或最小值，这种情况下是不能进行线性运算的。
结论：运放处在放大区必然需要负反馈电路结构；因uo一定，其除以Aod，便可以得到up-un=uo/Aod=0的结果，必有虚短up=un 的特性；因Rid=∞，必有虚断ip=0，in=0的特性。
例题1（1）电压串联负反馈组态；（2）补偿电阻功能在于使运放外电路平衡，即同相端与反相端对地电阻相等。
这时需要采用这一特性，即ui=0时，uo=0。
所以有R5=R1//（R2+R4//R3）;（3）因ip=0A，所以up=0V，所以un=0V（相当于接地，术语“虚地”）；Ro 由于是电压负反馈，电路具有稳定电压功能，所以Ro=0;(4)在M点采用节点（电流）法，需要提前标注好电流方向，然后列方程即可。
i3=i2+4（M点节点电流）;i1+i2=in（反向端节点电流，in=0）；i1=(ui-0)/R1;i2=（uM-0/R2）;i3=(uo-uM)/R3;i4=(uM-0)/R4由此可推导出：uo=R3*uM*(1/R2+1/R3+1/R4),uM=-R2/R1。
例题2uo1=-（Rf）/R1*ui（反向比例运算）；uo2=-R/R*uo1=-uo1（反向比例运算）；uo=uo2-uo1=uo2-uo1=-uo1-uo1=-2uo1=2Rf/R1*ui当Rf=R1时，uo=2ui。
集成运算放大器的线性应用基础.pptx
R3
=
R1 R2 R1 +49 R2
第50页/共54页
50
3. 有限的开环增益和带宽带导致的误差
Auf
(
j
)=
UO Ui
=
1+
1
- R2 / R1 ( 1 + R2 ) +
Auo
R1
j Auo H
1 + R2 / R1
第51页/共54页
51
4. 有限的压摆率带耒的误差
定义：压摆率SR
SR = duo (V / s )
的 运 算 ， 并 要 求 对 ui1 、 ui2 的 输 入 电 阻 均 大 于 等 于 100
k。
15
第16页/共54页
2. 同相相加器
uo
=
1 +
Rf R
R3 || R2 R1 + R3 || R2
ui1
+
R3 || R1 R2 + R3 || R1
ui2
R1 = R2
=
1
+
Rf R
R3 || R1 R1 + R3 || R1
21
第22页/共54页
22
第23页/共54页
23
2.3.5 微分器
uo
(t)
=
-RC
dui (t dt
)
利用积分器和相加器求解微分方程
d2uo (t dt 2
)
+
10
duo (t) dt
+
2uo
(t)
=
ui
(t)
duo (t) dt
=
ui
实验六 集成运算放大器的线性应用(最全)word资料
实验六集成运算放大器的线性应用(最全)word资料实验六 集成运算放大器的线性应用一、设计目的1．熟悉µA741集电路使用技术要求。
2．掌握µA741的运算电路的组成，并能验证运算的功能。
二、电路结构及说明1．反相放大器电路结构：理想条件下，表达式：1f i o u R Ru u A -==。
说明：21R R =时电路保持平衡。
2．同相放大器电路结构理想条件下，表达式：1f i o u 1R R u u A +==。
说明：21R R = ，f 3R R =电路保持平衡，减少输入引起失调电压的误差。
3．反相比例加法器电路结构 理想条件下，表达式)(B A 4fo u u R R u +-=。
说明：43R R =，543//R R R =电路保持平衡；单电源供电，利用分压方式得A u 、B u 。
4．差动减法器电路结构 理想条件下，达式)(B A 3fo u u R R u --=。
说明：43R R =电路保持平衡。
5．反相积分器电路结构理想条件下，表达式：dt t u CR u )(1i 1o ⎰-=。
说明：输入方波信号，输出是输入对时间的积分，负号表示输入与输出反相。
当输入电压为方波时，输出电压为三角波，其输出电压的峰值为：)2(211P -SP P -OP TC R u u -=（1）C 为反馈元件。
f R 为分流电阻,它是给直流反馈提供通路避免失调电压在输出端产生积累电荷，使积分器产生饱和，f R 取大些可改善积分线性。
（2）21R R =保持电路平衡。
（3）当选择时间常数T C R ==1τ时，那么：P -SP 1P -SP P -OP 41)2(21u T C R u u -=-=。
（其中T 表示信号频率的周期） 三、实验仪器1. 直流稳压电源 一台 2．函数信号发生器 一台 3．示波器 一台 4．晶体管毫伏表 一台 5．数字万用表 一块 四、设计要求和内容1．反相放大器。
集成运算放大器的线性应用
电路。 本电路反相输入端同样有“虚地”，根
据理想运放“虚断”的概念可得：
iC
iR
C
d (ui u ) dt
u
uo R
整理可得：
uo
RC
dui dt
若输入为方波信号，且 RC T / 2
则输出为尖顶脉冲波。
此外，我们可以看到微分运算电路对
信号的突变非常灵敏，对信号的缓慢变化反
件 RP RN 代入得：
uo
Rf R1
ui1
Rf R2
ui 2
Rf R3
ui3
3. 加减运算电路
对而u对i1、uui、i23来u说来i4，说R，f 引入R引的f 入是的电是压电并压联串负联反负馈，
反馈。 根据“虚短”和“虚断”的概念可得：
ui1 u ui2 u u uo
R1
R2
Rf
ui3 u ui4 u u
反相比例运算电路引入的是深度电压并联负反馈，输输出入电电阻阻为为：：RRi oui0ii
ui iR1
R1
2. 同相比例运算电路
图中引入深度电压串联负反馈，输入电压经
平衡电阻R'，加至运放同相端。
根据理想运放“虚短”和“虚断”的概
念，得u： u ui iR1 iRf
又
整iR1理得0 ：R1u
，
iRf
R3
R4
R5
整理得：
uo
Rf RN
( RP R3
ui3
RP R4
ui 4
RN R1
ui1
RN R2
ui2 )
将电路参数平衡条件 RP RN 代入得：
在理想情况下, 该电路具有很好的抑制共 模信号的能力。但是它有输入电阻低和增益调
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第4章集成运算放大器的线性应用电路
集成运放的电压传输特性
在线性区：uO＝Aod(uP－uN)， Aod是开环差模放大倍数。 由于Aod高达几十万倍，所以集成运放工作在线性区时的最大 输入电压(uP－uN)的数值仅为几十～一百多μV。当其大于此值时， 集成运放的输出不是＋UOM , 就是－UOM ，即集成运放工作在非线 性区。
iF
i-
F
iI ui
_
+
uo
R1
R’
i+
+
Auf=-（RF/R1）=-20/10=-2 uo= Auf ui=(-2)(-1)=2V R’=R1//RF=10//20=6.7 k
第4章集成运算放大器的线性应用电路
(2) 同相比例运算放大器
iF i1
i+ =0
RF
u-= u+= ui
i- =0
u0 RF Auf u1 R1
第4章集成运算放大器的线性应用电路
反相比例运算放大器输入电阻
iF iI ui
R1 RP
ii+
RF _ + +
反馈电阻
输入电阻(小):
uo
Ri=R1
• 运算放大器输入端无共模信号
• 运算电路输入电阻较小
第4章集成运算放大器的线性应用电路
例题1. R1=10k , RF=20k , ui =-1V。求:uo ，R’ 应为多大？ R
第4章集成运算放大器的线性应用电路
（2）理想集成运放工作于线性区
理想运放工作于线性区： o Aod (u u ) u
u+ u-
i+
+ -
uo A
i-
而Aod , uo为有限值, 所以， u ) 0, (u 故 u u
“虚短”：运放的同相输入端和反相输入端的电位“无 穷”接近，好象短路一样，但却不是真正的短路。
R1 R2 ui2 ) ui1 + )( R1 + R2 R1 + R2
=
1 2
(1+
RF
R1
)(ui1 + ui2)
第4章集成运算放大器的线性应用电路
单运放的加减运算电路
ui1 ui2 ui3 ui4 R1 R2 R3
R5
+ + R6
_
uo
R4
R1 // R2 // R5 R3 // R4 // R6
R
ui
－+ +
R’
uo
i- =0
iC iR
du i u o RC dt
第4章集成运算放大器的线性应用电路
例5： ui sint
iR iC C
,求uo。
R
u
i
ui
－+ +
R2
uo
0
t
u
0
o
du i u o RC dt uo RCcost RCsin( t 90 )
第4章集成运算放大器的线性应用电路
4.2 基本运算电路
比例运算电路 加减运算电路
积分微分运算电路
对数指数运算电路
第4章集成运算放大器的线性应用电路
比例运算电路：将输入信号按比例放大的电路。
分类： 反向比例电路 按输入信号 加入不同的 输入端分
同相比例电路
差动比例电路
比例放大电路是集成运算放大电路的三 种主要放大形式
第4章集成运算放大器的线性应用电路
(1) 反相比例运算放大器
虚地点
iF
i-
RF _
+ +
iI ui
uo
i+ =0 u+ =0 u－=u+=0 iI=iF+ i-=iF , i- =0
R1
R’
i+
ui uo R1 R2 F
电压放大倍数:
平衡电阻(使输入端 对地的静态电阻相 等):R’=R1//RF
2.差模输入电阻Rid=，实际上Rid比输入端外电路的电阻 大2～3个量级即可。
3.输出电阻Ro=0，实际上Ro比输入端外电路的电阻小1～2 个量级即可。 4.共模抑制比足够大，KCMR = 。 实际上在做一般原理性分析时，产品运算放大器都可以视 为理想的。只要实际的运用条件不使运算放大器的某个技术指 标明显下降即可。 5.带宽足够宽，上限截止频率 fH= 。 6.失调电压、失调电流和温漂均为零，且无任何内部噪声 。 实际集成运放的特性很接近理想集成运放，我们仅仅 在进行误差分析时，才考虑理想化后造成的影响，一般工 程计算其影响可以忽略。
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。
ui1 ui2 ui3 ui4
R1
R2 R3
R5
+ + R6
第4章集成运算放大器的线性应用电路
_
虚开路 ui 3 ui 4 u ( R3 // R4 // R6 )( ) R3 R4
u u
uo
虚短路
R4
ui1 u ui 2 u uo u R1 R2 R5
例4：设计一个加减运算电路， RF=240k，使
uo=10ui1+ 8ui2 - 20ui3
解: (1) 画电路。 系数为负的信 号从反相端输 入，系数为正 的信号从同相 端输入。 ui3 ui2 ui1 R3 RF
R2
R1
+
R4
+
uo
-
第4章集成运算放大器的线性应用电路
(2) 求各电阻值。
R1 // R2 // R4 R3 // RF
第4章集成运算放大器的线性应用电路
(7) 反相积分运算
iC i1
R R’
u-= u+= 0
ui i1 R
duc iC =C dt u c = - uo
uc
C
ui
- + +
uo
1 uo u i dt RC
du o iC C dt i- =0, i+ =0
i1 iC
ui duo = -C dt R
例题2. R1=10k , RF=20k , ui =-1V。求:uo ，R’ iF 应为多大？ RF
i1
ui
R1 R’
_ + +
uo
Auf=1+
RF
R1
=1+20/10=3
uo= Auf ui=(3)(-1)=-3V
R’=R1//RF =10//20=6.7 k
第4章集成运算放大器的线性应用电路
单运放的加减运算电路
ui1 ui 2 ui 3 ui 4 uo R5 ( ) R1 R2 R3 R4
优点：元件少，成本低。 缺点：要求R1//R2//R5=R3//R4//R6。阻值的调整计算不 方便。 改进：采用双运放电路。
第4章集成运算放大器的线性应用电路
双运放的加减运算电路
3. 会用 i- =0, i+ =0, u+ = u- 分析给定运算 电路的 放大倍数。
第4章集成运算放大器的线性应用电路
数据放大器（三运放电路）
ui1
+
A1 +
uo1
R R1 R2
a
RW
-
-
A2 +
b
R
+
R1
A3 +
uo
R2
ui1 ui 2 ui 3 uo RF ( ) R1 R2 R3
ui3 ui2 ui1
R3
R2 R1 -
RF
+ R4
+
uo
RF 240k R1 24k R2 30k R3 12k R4 80k
uo=10ui1+ 8ui2 - 20ui3
第4章集成运算放大器的线性应用电路
虚开路
ui1 ui 2 1 1 1 uo R5 [ ( )u ] R1 R2 R1 R2 R5 ui1 ui 2 ui 3 ui 4 R5 ( ) R1 R2 R3 R4
R1 // R2 // R5 R3 // R4 // R6
第4章集成运算放大器的线性应用电路
• 运算电路输入电阻很大
第4章集成运算放大器的线性应用电路
(3) 电压跟随器
RF
此电路输入电阻 大，输出电阻小， 在电路中作用与分 离元件的射极输出 器相同，但是电压 跟随性能好。
ui
Rf RP
Auf=1+
RF Rf
_ + +
uo
当RF=0时,
Auf=1 uo=ui
第4章集成运算放大器的线性应用电路
第4章集成运算放大器ห้องสมุดไป่ตู้线性应用电路
4.1 运算放大器线性应用电路的特点 4.2 比例运算电路
4.3 求和运算电路 4.4 积分和微分运算电路 4.5 对数和指数运算电路
第4章集成运算放大器的线性应用电路
内容简介
第4章集成运算放大器的线性应用电路
一、理想运放的性能指标 满足下列参数指标的运算放大器可以视为理想运算放大器。 1.开环差模电压放大倍数Avd=，实际上Avd≥80dB即可。
ui
R1
_ + +
Auf=1+
uo
iF=i1
R
R=R1//RF
RF
R1
uo ui ui RF R1 RF uo (1 )ui R1