11_1简单运算放大电路
运算放大器论文(1)
这就要求运放有好的共模抑制能力。
若将反馈电阻 Rf 和 R1 电阻去掉，就成为图 6-23b 所示的电路，该电路的输 出全部反馈到输入端，是电压串联负反馈。有 R1=∞、Rf=0 可知 vo=vi ，就是输 出电压跟随输入电压的变化，简称电压跟随器。
由以上分析，在分析运算关系时，应该充分利用“虚断”“虚短”概念，首
由于同相端接地，故反相端为“虚地”。上式可写为
因此，输出电压 uO 与输入电压 uI1、uI2、uI3 之间的关系为
即电路可完成下列数学运算
y＝－（a1x1＋a2x2＋a3x3）
从同相端与反相端外接电阻必须平衡的条件出发，同相输入端电阻 的阻值应 为
（2）．同相输入加法电路
＝R1//R2//R3//RF
、失调电流温漂
2、运放的线性应用 运放的应用首先是构成各种运算电路，在运算电路中，以输入电压自变量，
以输出电压作为函数，当输入电压发生变化时，输出电压反映输入电压某种运算 的结果，因此，运放必须工作在线性区，在深度负反馈条件下，利用反馈网络可 以实现各种数学运算。
本节中的运放都是理想运放，就是说在分析时，注意使用“虚断”“虚短” 概念。
（5-1-18） 该电路有很高的输入电阻。为了提高抑制共模信号的能力，要求运放具有较 高的共模抑制比。此外，应严格选配电阻。
11
（2）．利用差分输入的减法电路
电路如图 5-1-12 所示，利用叠加定理即可以很方便的求出输出与输入间的 关系。
图 5-1-12 令同相端输入信号为零，得
差分输入减法电路
可以看出同相输入加法电路是同相比例运算电路的扩展。由同相比例运 算电路式（5-1-5）可得出
8
利用叠加定理，可求出 u+与 uI1、uI2、uI3 之间的关系 则输出电压为
第11章 集成运算放大器及其应用
上式表明，差动放大电路的差模电压放大倍数和 单管放大电路的电压放大倍数相同。多用一个放大管 后，虽然电压放大倍数没有增加，但是换来了对零漂 的抑制。这正是差动放大电路的优点。
差动放大电路对共模输入信号的放大倍数叫做共 模电压放大倍数，用Auc表示，可以推出，当输入共 模信号时，Auc为
Au c u o u C1 u C 2 0 0 ui c ui1 ui1
由于集成运放的电压放大倍数Ao d和输入电阻Ri d 都非常大（理想情况下，两者约等于∞），于是可以 推得 u u
i i 0
注意：“虚短”和“虚断”是理想运放工作在线 性区时的两个重要特点。这两个特点常常作为今后分 析运放应用电路的出发点，因此必须牢固掌握。
（2）集成运放工作在非线性区的特性 如果运放的工作信号超出了线性放大范围，则输 出电压与输入电压不再满足式（11-1），即uo不再随 差模输入电压（u+ - u -）线性增长，uo将达到饱和。 此时集成运放的输出电压uo只有两种取值：或等于运 放的正向最大输出电压+UOM，或等于其负向最大输 出电压-UOM，具体为 当u + ＞u - 时，uo = +UOM 当u + ＜u - 时，uo = -UOM 另外，因为集成运放的输入电阻Ri d很大，故在 非线性区仍满足输入电流等于零，即式（11-3）对非 线性工作区仍然成立。
有时，为了简化起见，常常不把恒流源式差动放 大电路中恒流管T3的具体电路画出，而采用一个简化 的恒流源符号来表示，如图11-7所示。
二、输出级——功率放大电路 集成运放的输出级是向负载提供一定的功率，属 于功率放大，一般采用互补对称的功率放大电路。 1. 功率放大电路的特点 （1）因为信号的幅度放大在前置电路中已经完成， 所以功率放大电路对电压放大倍数并无要求。由于射 极输出器的输出电流较大，能使负载获得较大输出功 率，并且它的输出电阻小，带负载能力强，因此通常 采用射极输出器作为基本的功率放大电路。不过单个 的射极输出器对信号正负半周的跟随能力不同，在实 用的功率放大电路中大多采用双管的互补对称电路形 式。
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
运算放大器的基本电路
RF
R1
iF
v- -
+
+
v+ +
v-i RP
v- o
图5.1.4 同相放大器
三、电压跟随器
根据理想运放：v-=v+； i=0 ； 所以有：vi=vo；
RF
-
-
+
+
+
+
v-i RP
v- o
v+ - i
+
v- o
图5.1.5 有限流电阻的电压跟随器
图5.1.6 简单的电压跟随器
性关系时，利用其理想化参数可导出以下两个重要结论：
流入集成运放两个输入端的电流通常可视为零。即i±≈0； 但不是断开，所以简称为“虚断”。
（因为理想运放的输入电阻为无穷大，其不从信号源索取电流。）
集成运放两个输入端的电压通常非常接近零，即v+- v-= 0； 但不是短路，所以简称为“虚短”。
v- -
vi2 R1 v+ +
vo
B RF
图5.1.7 差分输入放大器
以上三种输入方式的基本运算放大电路，无论是哪一种电 路，其AVF均与运放参数无关，仅取决于反馈网络的元件值。
§5.2 信号运算电路
1、加减法运算电路
在运算电路中，实现多个信号按各自不同的比例求和 或求差的电路统称为加减运算电路。
（a）
R1
-
（b） -
+
+
v- o
+
+
v- o
vi = Vim sinωt
vi = Vim sinωt
图（a） 同相放大器特例——电压跟随器 ∴ vo =vi = Vim sinωt
几种常见的放大电路原理图解
几种常见的放大电路原理图解展开全文能够把微弱的信号放大的电路叫做放大电路或放大器。
例如助听器里的关键部件就是一个放大器。
放大器有交流放大器和直流放大器。
交流放大器又可按频率分为低频、中源和高频;接输出信号强弱分成电压放大、功率放大等。
此外还有用集成运算放大器和特殊晶体管作器件的放大器。
它是电子电路中最复杂多变的电路。
但初学者经常遇到的也只是少数几种较为典型的放大电路。
读放大电路图时也还是按照“逐级分解、抓住关键、细致分析、全面综合”的原则和步骤进行。
首先把整个放大电路按输入、输出逐级分开，然后逐级抓住关键进行分析弄通原理。
放大电路有它本身的特点：一是有静态和动态两种工作状态，所以有时往往要画出它的直流通路和交流通路才能进行分析;二是电路往往加有负反馈，这种反馈有时在本级内，有时是从后级反馈到前级，所以在分析这一级时还要能“瞻前顾后”。
在弄通每一级的原理之后就可以把整个电路串通起来进行全面综合。
下面我们介绍几种常见的放大电路：低频电压放大器低频电压放大器是指工作频率在 20 赫～ 20 千赫之间、输出要求有一定电压值而不要求很强的电流的放大器。
( 1 )共发射极放大电路图 1 ( a )是共发射极放大电路。
C1 是输入电容， C2 是输出电容，三极管 VT 就是起放大作用的器件， RB 是基极偏置电阻 ,RC 是集电极负载电阻。
1 、 3 端是输入， 2 、 3 端是输出。
3 端是公共点，通常是接地的，也称“地”端。
静态时的直流通路见图1 ( b )，动态时交流通路见图 1 ( c )。
电路的特点是电压放大倍数从十几到一百多，输出电压的相位和输入电压是相反的，性能不够稳定，可用于一般场合。
( 2 )分压式偏置共发射极放大电路图 2 比图 1 多用 3 个元件。
基极电压是由 RB1 和 RB2 分压取得的，所以称为分压偏置。
发射极中增加电阻 RE 和电容 CE ， CE 称交流旁路电容，对交流是短路的; RE 则有直流负反馈作用。
01运算放大器16个基本运算电路设计
运算放大器16个基本运算电路设计一、集成运算放大器放大电路概述集成电路是一种将“管”和“路”紧密结合的器件，它以半导体单晶硅为芯片，采用专门的制造工艺，把晶体管、场效应管、二极管、电阻和电容等元件及它们之间的连线所组成的完整电路制作在一起，使之具有特定的功能。
集成放大电路最初多用于各种模拟信号的运算（如比例、求和、求差、积分、微分……）上，故被称为运算放大电路，简称集成运放。
集成运放广泛用于模拟信号的处理和产生电路之中，因其高性价能地价位，在大多数情况下，已经取代了分立元件放大电路。
1.1反向比例电路第1题：电路如下，推导输入与输出的关系，计算电路的理论值，并与仿真值比较，说明电路功能。
vu u R R u i if 51010-=-=-=根据虚断虚短得1.2反向求和加法电路第2题：电路如下，推导输入与输出的关系，计算电路的理论值，并与仿真值比较，说明电路功能。
vu u u R R u R R u i i i fi f3(10)2123110-=--=--=—根据虚断虚短得1.3电压跟随电路第4题 电路如下，推导输入与输出的关系，计算电路的理论值，并与仿真值比较，说明电路功能。
这是一个电压跟随器：mvu u R R u i i f 100)1(1110==+=1.4加减运算电路加减运算电路如图4所示，输入信号1i u 、2i u 分别加在反相输入端和同相输入端，这种形式的电路也称为差分运算电路。
输出电压为：2211231(1)ff o i i R R R u u u R R R R =+-+图4加减运算电路1.5积分运算电路其输出电压o u 为：111o iu u dt R C =-⎰式中，11R C 为电路的时间常数。
由于受到集成运放最大输出电压OM U 的限制，选择1R 、1C 参数3，其值必须满足：111iO MR C u dt U >=⎰图5积分运算电路1.6微分运算电路图6微分运算电路电路的输出电压为o u 为：21i o du u R C dt=-式中，21R C 为微分电路的时间常数。
实验二集成运算放大器的基本应用
实验二 集成运算放大器的基本应用—— 模拟运算电路一、实验目的1、 研究由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。
2、 了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。
二、实验仪器1、 双踪示波器2、 万用表3、 交流毫伏表4、 信号发生器 三、电路理论回顾集成运算放大器在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数、指数等模拟运算电路。
1、 反相比例运算电路电路如图11-1所示。
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i FO U R R U 1-= （11-1）图11-1 反相比例运算电路为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 2=R 1∥R F 。
2、 反相加法电路图11-2 反相加法运算电路电路如图11-2所示，输出电压与输入电压之间的关系为)(2211i F i F O U R RU R R U +-= R 3=R 1∥R 2∥R F （11-2） 3、 同相比例运算电路图11-3（a ）是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为i FO U R R U )1(1+= R 2=R 1∥R F （11-3） 当R1→∞时，U O =U i ，即得到如图11-3（b ）所示的电压跟随器。
图中R 2=R F ，用以减小漂移和起保护作用。
一般R F 取10K Ω，R F 太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。
图11-3 同相比例运算电路4、 差动放大电路(减法器)对于图11-4所示的减法运算电路，当R1=R2，R3=RF 时，有如下关系式： )(1120i i U U R RFU -=（11-4）图11-4 减法运算电路5、 积分运算电路图11-5 积分运算电路反相积分电路如图11-5所示。
在理想化条件下，输出电压U 0等于 001()(0)ti C U t U dt U RC =-+⎰ （11-5） 式中U C (0)是t=0时刻电容C 两端的电压值，即初始值。
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。
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Av1 = 129
Av = –335
简单运放电路
3）电路的输入输出
电阻
输入电阻
Rid = 2rbe1 = 2×5.2k = 10.4k
简单运放电路
输出电阻
Ro5 = (R3 + rbe5)/(1+β) = 0.076k
Ro6 = (Ro5 + R5 + rbe6)/(1 + β) = 0.038k Ro = Ro6//R6 0.038k
模拟乘法器的应用
2、压控放大器 乘法器的一个输入端加一直流控制电压VC，另一输入端
加一信号电压vs时，乘法器就成了增益为KVc的放大器。当 Vc为可调电压时，就得到可控增益放大器。
3、调制解调 调制和解调在通信、广播、电视和遥控等领域中得到 广泛的应用。利用模拟乘法器的功能很容易实现调制和解 调的功能。
CMOS MC14573集成运算放大器
1、电路结构和工作原理 电路由输入级偏置 电流源、差动放大 输入级和共源放大 输出级构成 差放为单端输出， 采用镜像电流源作 负载 共源极放大电路也 采用电流源作负载
T5 vi2 ＋ vid － vi1 IREF RREF T3 NMOS 源极耦合差分放大输入级 －VSS 共源放大 (－5V) 输出级 s1 g1 T1 d1 PMOS T2 d2 vo2 io g7 T4 NMOS g2 T7 PMOS T6 输入级偏 置电流源 PMOS T8 s2 CC ID8 ＋ vO － ＋VDD (＋5V)
流源代替大电阻、互补对称电路等
简单集成运放电路
集成运算放大器的原理框图 三级放大电路： 差分输入级，电压放大级，输出级 偏置电路由各种电流源构成
简单运放电路 一个比较简
单的运算放
大器电路
可以看出，
运放就是直 接耦合多级 放大电路
简单运放电路 简单运放的简化图
1、简单运放的组成：
常由互补对称
电路构成，或 者用射极跟随 器构成。
简单运放电路
• 为了使静态时输
出为0，运放通常
使用对称的双电 源。 • 运放的符号：
（ +） （ -） （ +）
（ +） （ -）
（ +）
（ -）
（ +）
简单运放电路
当v2端加入正电压时， 输出电压为正，和v2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
电压方向一致。所以
v2端称为同相输入端。 反之，当v1端加入正电 压时，输出电压为负， 和输入电压方向相反。
只有当vX2为正极性时，才能保证运算放大器是处于负反
馈工作状态，而vX1则可正可负，故属二象限除法器。
模拟乘法器的应用
1、运算电路 ▪ 开平方 利用虚短和虚断概念有 vi v 2 0 R R 由乘法器的功能有
2 v2 Kvo
vi 得 vo K
vi必须为负值时，电路才能正常工作。
所以v1称为反相输入
端。
简单运放电路
2、电路分析 1）设：
β = 100；
VBE = 0.7V； 计算静态工作点。
简单运放电路
I = 1mA, IE1 = IE2 = 0.5mA VC1 = VC2 = 10 - IC1×R1
= 3.3V
VR4 = VC2 - 2×VBE = 1.9V
IR4 = 1mA
通用运算放大电路
通用运放是最常用的一类运算放大器，其性能指标能满
足大多数应用场合的要求 通用运放一般由三级放大器组成，第一级通常都是差放， 所以通用运放具有很高的差模增益以及较好的共模抑制 比 通用运放具有模拟集成放大器（运放）的电路构成特点： 直接耦合、差放输入、复合管、各种电流源、用电
IE3 = IE4/β = 0.01mA
IE1 = IE2 = 0.5mA
简单运放电路
2）计算电路的电压
放大倍数
Rbe1 = rbe2 = 5.2k Rbe3 = 260k rbe4 = rbe5 = 2.6k rbe6 = 0.25k
简单运放电路
Av3 = 1 Ri3 = 20.8M Av2 = –2.6 Ri2 = 19.9M
－ ＋ A4 ＋ － A3
vi2 ＋ vid － vi1 IREF RREF T3 s1 g1 T1 d1
ID6
PMOS T2 d2 vo2
＋ vO －
A1 － ＋
A2 ＋ －
1
2
3
4
5
6
7
8
O1 N1 P1 VDD P2 N2 O2 IREF (A1,A2)
引脚排列顶视图
NMOS 源极耦合差分放大输入级 －VSS 共源放大 (－5V) 输出级
输入级；
中间级；
输出级。
简单运放电路
• 输入级对电路的
温漂起决定作用，
所以输入级总是 用差动放大电路 构成。差放的另 一长处是具有两
个相位相反的输
入端。
简单运放电路
• 中间级提供电 路的主要增益， 通常用共射放 大电路构成， 以获得较大的 电压增益和电 流增益。
简单运放电路
• 输出级应当能 给负载提供较 大的电流，通
CMOS MC14573集成运算放大器
1、电路结构和工作原理
O4 N4 P4 -VSS P3 N3 O3 IREF(A3,A4)
PMOS T5 T6
输入级偏 置电流源 PMOS T8 s2 CC g2 io g7 T4 NMOS T7 ID8
＋VDD (＋5V)
16 15 14 13 12 11 10 9
简单运放电路
IR4 = 1mA
VC4 = VCC – VR3
= 4.9V VE5 = VC4 – VBE
= 4.2V
VB6 = VE5 – VR5 = 0.7V VO = VE6 = 0V
简单运放电路
VO = VE6 = 0V
IE6 = IR6 = 5mA
IE5 = I = 1mA IE4 = IR4 = 1mA
ID6
变跨导式模拟乘法器
电路的输出 vO
R2 R vO1 K 2 vXvY R1 R1
模拟乘法器的应用
1、运算电路 ▪ 乘方
模拟乘法器的应用
1、运算电路 ▪ 除法 利用虚短和虚断概念有 vX1 v2 0 R1 R2 由乘法器的功能有
v2 KvovX2
得
R2 vX1 vo KR1 vX2