集成运算放大器的线性应用
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。
第二章_集成运算放大器
集成运算放大器
由图2-7可得：
i1
ui
u R1
ui R1
if
u uo RF
uo RF
由此得出：uo
RF R1
ui
该电路的闭环电压放大倍
数为：
Auf
uo ui
RF R1
图2-7 反相比例运算电路
集成运算放大器
电阻。如采用恒流源代替Rc,一般的中间放大级的电压增益
可达到60dB以上。
第三部分为输出级。其主要任务是输出足够大的电流， 能提高带负载能力。所以该级应具有很低的输出电阻和很高 的输入电阻，一般采用射极输出器的方式。
集成运算放大器
2.2 外形与符号 集成运放的外形有圆形、扁平形和双列直插式三种，如
开环是指运放未加反馈回路时的状态，开环状态下的差
模电压增益叫开环差模电压增益Aud。Aud＝uod/uid。用分贝表 示 则 是 2 0 lg｜Aud｜(dB)。 高 增 益 的 运 算 放 大 器 的 Aud 可 达 140dB以上，即一千万倍以上。理想运放的Ａud为无穷大。
集成运算放大器
4. 差模输入电阻rid
数为1，这时就成了电压跟随器，如图2-9所示。其输入电阻 为无穷大，对信号源几乎无任何影响。输出电阻为零，为一 理想恒压源，所以带负载能力特别强。它比射极输出器的跟 随效果好得多，可以作为各种电路的输入级、中间级和缓冲 级等。
该电路的反馈类型为串联电压负反馈。
集成运算放大器
同相输入比例运算放大电路主要工作特点：
uo Au 0
0
集成运算放大器
即
u u
由于集成开环放大倍数为无穷大，与其放大时的输出电
实例分析集成运放的线性应用电路
实例分析集成运放的线性应用电路作者：相方园来源：《科学与财富》2014年第02期摘要：集成运放线性应用电路的分析步骤包括：（1）判断集成运放工作在线性区；（2）选用合适方法分析电路（3）通过公式推导，得出输入和输出之间的关系。
本文通过实例具体介绍了此过程。
关键词：集成运放；线性应用；分析方法集成运放的应用分为线性应用和非线性应用两部分：（1）当集成运放工作在线性区时，集成运放的输入输出成一定的比例关系，称为闭环电压放大倍数Auf；（2）当集成运放工作在非线性区，其内部的输出级三极管进入饱和区工作，输出电压与集成运放的输入信号不再呈线型关系，其值近似等于电源电压Uom：即当uid>0，则uo≈+Uom；当uid=0，则uo=0（转折点）；当uid1 集成运放线性应用的判断要分析一个运放应用电路能够实现什么功能，首先应该判断该集成运放工作在哪个区域，而判断集成运放工作区域的判断标准是看其是否引入负反馈：如果集成运放的应用电路引入的负反馈，则电路工作在线性区；如果运放应用电路中没有负反馈网络，即处于开环或具有正反馈，则集成运放工作在非线性区，该单元电路就属于非线性应用。
使用“瞬时极性法”做具体判断。
图1为反相比例运算放大电路为例的说明：（1）假设输入信号的瞬时极性为正，用符号“？茌”表示；（2）由于输入信号ui加在了集成运放的反相输入端，所以输出信号的瞬时极性为负，即“？苓”；（3）反馈支路 Rf 将输出的一部分反馈回到输入端，瞬时极性为“？苓”；（4）“？苓”与输入端的“？茌”叠加，消弱了输入信号的净输入量，所以此反馈属“负反馈”。
由此得出此集成运放在此电路中为线性应用。
图2为同相比例运算放大电路为例的说明：（1）假设输入信号的瞬时极性为正，用符号“？茌”表示；（2）由于输入信号ui加在了集成运放的同相输入端，所以输出信号的瞬时极性为正，即“？茌”；（3）反馈支路Rf将输出的一部分反馈回到输入端，瞬时极性为“？茌”；（4）净输入量为ui减去瞬时极性为“？茌”的uf，比加反馈之前原净输入量ui-0=ui小，所以此反馈属“负反馈”。
第7章 模拟集成电路及其应用电路
基准电流
U BE1 U BE0 U BE
I B1 I B0 I B , I C1 I C0 I C 2IC IR IC 2IB IC IC IR 2
若 2 ，则I C I R
三、韦德拉电流源电路
要求提供很小的静态电流，又不能用大电阻。
② R2称为静态平衡电阻，且R2 = R1∥RF ，保证集成运放两输 入端（即输入级差分放大电路T1和T2管的基极）对地电阻相等。
图解法
设计过程很简单，首先确定IE0和IE1，然后选定R和Re。
7.3 集成运算放大器的线性应用
u- i i+ u+
uo
uo
线性区（Auo=∞）
理想运算放大器符号
u+－u-
线性运用的分析依据
①虚短 ②虚断 u+= u-
i+= 0，i-= 0
7.3.1 比例运算电路
1．反相比例运算电路 根据虚断 i +≈ 0
二、集成运放的特点
（1）采用直接耦合方式。 （2）输入电阻大、零点漂移小、对共模干扰的抑制能力强。 （3）开环增益高。 （4）体积小、重量轻、耗电少。
单运算放大器μA741外形图
单运算放大器μA741管脚图
三、集成运放的电压传输特性
uO
Uom
uAuo uO u+
实际运算放大器符号
uO=Auo(u+－u-)
1 u RF ui R1uo R1 RF
iu+=0 i1≈ if
输出电压uo与输入电压ui为比例 运算关系，故称比例运算电路。 式中负号表明输出电压 uo的极性 u uo uo 与输i-≈ 0
集成运算放大器基本应用(模拟运算电路)实训指导
集成运算放大器基本应用 （模拟运算电路）实训指导（特别提醒：实验电路图中可能存在有的元器件数值与实验电路板中的不相同，实验时应以实验电路板中的为准。
另外，由于元器件老化、湿度变化、温度变化等诸多因素的影响所致，实验电路板中所标的元器件数值也可能与元器件的实际数值不一致。
有的元器件虽然已经坏了，但仅凭肉眼看不出来。
因此，在每次实验前，应该先对元器件（尤其是电阻、电容、三极管）进行单个元件的测量（注意避免与其它元器件或人体串联或并联在一块测量）。
并记下元器件的实际数值。
否则，实验测得的数值与计算出的数值可能无法进行科学分析。
）一．实验目的1．研究由集成运放组成的比例、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．实验原理集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。
当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活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。
基本运算电路。
1)反相比例运算电路电路如图8—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 F O U R RU 1-=为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相端应接入平衡电阻R 2=R 1||R F 。
U OOU U图8—1 图8—22)反相加法电路电路如图8—2，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 3)同相比例运算电路图8—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 F O U R R U ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=11 R 2 = R 1‖R F当R 1 ∞，U o =U i ，即得到如图8—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。
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。
集成 放大器
第一节 心脏除颤仪
再次观察除颤效果，是否恢复窦性心律， 以及神志、生命体征、皮肤情况，若恢复 窦性心律， 给予持续心电监护。
8. 协助病人取适宜体位，清洁皮肤，安慰 病人，整理床单位。
9. 关闭电源，开关置OFF位置，清洁电极 板和仪器，充电备用。洗手、记录。
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9.2 放大电路中的负反馈
9. 2. 1反馈的基本概念
1.反馈的概念 前面各章讨论放大电路的输人信号与输出信号间的关系时.只
涉及输人信号对输出信号的控制作用.这称做放大电路的正向 传输作用。然而.放大电路的输出信号也可能对输人信号产生 反作用。简单地说.这种反作用就叫做反馈。 引入反馈的放大电路称为反馈放大电路.它由基本放大电路、 反馈网络、输出取样、输人求和四部分组成一个闭合环路.称 为反馈环路只有一个反馈环路组成的放大电路.称为单环反馈 放大电路.如图9-4所示。其中.x1是输人信号;x0是输出信 号;xF是反馈信号;xID是净输人信号。这些电量可以是电压. 也可以是电流。
R波无关，放电由人工控制，可发生在心
动周期的任何时期，按下放电开关即可放
电。心脏除颤仪开机后自动默认为非同步
状态，室颤、室扑急救时切记采用非同步
模式。
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第一节 心脏除颤仪
心搏骤停（sudden cardiac arrest， SCA）是临床急救医学中最紧急、最严重 的心脏急症，就心搏骤停时的ECG表现形 式而言，72％~80％以上为心室颤动。电 除颤是抢救因室颤而致心搏骤停病人最有 效的方法。而电除颤的时机是治疗心室颤 动的关键，每延迟除颤时间1min，复苏 的成功率将下降7％~10％。在心搏骤停 发生1min、5min、7min、9min、 12min分钟内行电除颤，病人存活率分别 为90％、50％、30％、10％和上一2页％下~一5页％。返回
第8章 集成运算放大器
8.1 集成运算放大器
在半导体制造工艺的基础上，把整个电路中的元器件 制作在一块硅基片上，构成特定功能的电子电路，称为 集成电路（英文简称IC）。集成电路的体积很小，但性 能却很好。自1959年世界上第一块集成电路问世至今， 只不过才经历了五十来年时间，但它已深入到工农业、 日常生活及科技领域的相当多产品中。例如在导弹、卫 星、战车、舰船、飞机等军事装备中；在数控机床、仪 器仪表等工业设备中；在通信技术和计算机中；在音响、 电视、录象、洗衣机、电冰箱、空调等家用电器中都采 用了集成电路。
③非线性应用下的运放虽然同相输入端和反相输入端信号电压 不等，但由于其输入电阻很大，所以输入端的信号电流仍可视 为零值。因此，非线性应用下的运放仍然具有“虚断”的特点。
④非线性区的运放，输出电阻仍可以认为是零值。此时运放的 输出量与输入量之间为非线性关系，输出端信号电压或为正饱 和值，或为负饱和值。
ui1 R1
，i2
ui2 R2
i3
ui3 R3
，i f
uo RF
因为 i1 i2 i3 i f
将各电流代入 ui1 ui2 ui3 u0
R1 R2 R3
RF
如果
R1 R2 R3
整理上式可得
uo
RF R1
(ui1
ui2
ui3)
若再有 R1 RF 则uo (ui1 ui2 ui3)实现了反相求和运算。
0
u0
t 微分电路可用 于波形变换，
将矩形波变换
u－= u+= “地”
可知
i1
C1
duC dt
C1
dui dt
因为 i1 i f
C1
du i dt
u0 RF
集成运算放大器全篇
习题判16
七、 微分器
iF R
i1 C ui
R2
– +
+
u–= u+= 0
uo
若输入： ui sin t
ui
则：uo RC cost RC sin(t 90 ) 0 uo
0
iF
uo R
i1
C
dui dt
i1 iF
uo
RC
dui dt
t t 习题判19
微分是积分的逆运算。因此，只要将积分运算电路 中R和C的位置互换，就能形成微分器基本电路。如果 说，积分电路能够延缓信号的传输，那么微分电路则能 加快信号的传输过程，微分器又称D调节器。
(2)无调零引出端的运放调零。有些运放是不设调零引出端 的，特别是四运放或双运放等因引脚有限，一般都省掉调零端。 用作电压比较器的运放，无需调零；用作弱信号处理的线性电 路，需要通过一个附加电路，引入一个补偿电压，抵消失调参 数的影响，几种附加的调零电路如图1-14所示。 调零电路的接人对信号的传输关系应无影响，故图l-14a和图l14b加入了限流电阻R3，R3的阻值要求比R1大数十倍，若R1 =10 kΩ， R3可取200 kΩ。图l-14c和图l-14d为不用调零电源 (+U和-U)的调零电路，通过调节电位器RP，可以改变输入偏置 电流的大小，以调整电消振措施 1)区分内外补偿。从产品手册或产品说明书上可查到补偿方法， 如F007型运放往往把消振用的RC元件制作在运放内部。大部分 没有外接相位补偿（校正）端子的运放，均列出补偿用RC元件 的参考数值，按厂家提供的参数，一般均能消除自激。 2)补偿电容与带宽的关系。有时按厂家提供的RC参数不能完全 消除自激。此时若加大补偿电容的容量，可以消除自激。对于 交流放大器，则必须注意补偿元件对频带的影响，不应取过大 的电容值，要选取适当的电容值，使之既能消除振荡，又能保 持一定的频带宽度。此外，对应不同的闭环增益，所需的补偿 电容和补偿电阻也不同。在选取补偿元件时，可以按以下原则 掌握：在消除自激的前提下，尽可能使用容量小的补偿电容和 阻值大的补偿电阻。
集成运算放大电路及其应用
uid = u- － u+=0, u-=u+,i-=i+=0
非线性区
u--u+
非线性区：
-Uo(sat)
u+> u－ 时 uo = +Uo(sat) u+< u－ 时 uo = －Uo(sat)
i-=i+=0
13
3、理想运放工作在线性区旳特点
i-
uu+
i+
+
∞
+
∵ uo =- Aod（ u－ － u+ ） u0 ∴① 差模输入电压约等于 0
（3）高精度型。失调电压温度系数在 1μV／℃左右，能 保证组成的电路对微弱信号检测的准确性，如 CF725、 CF7650 等。
（4）高阻型。输入电阻可达 1012Ω，如 F55、F3140 系列 等。
还有宽带型、高压型等等（见表 3-1）。使用时须查阅集 成运放手册，详细了解它们的各种参数，作为使用和选择的 依据。
（5）输出电阻ro：开环工作时，输出端对地之间旳 电阻。 Ro愈小，阐明带负载旳能力愈强。 （6）共模克制比KCMR：取决于前置级旳对称性旳 好坏，AC愈小， KCMR愈大，可到达目旳160dB （7）转换速率SR。衡量集成运放对高速变化信号 旳适应能力，一般为几V／μs，
若输（输 出8）入 波最信 形大号 严输变 重入化失差速真模率。电不其体小压现于Ui式此dm为值ax和：，共S模R电压dUdUiCtomamx：ax
学习要点
运算放大器旳性能特点 反馈及反馈极性和类型旳鉴别措施 集成运算放大器在线性和非线性应用 时旳基本概念和分析措施 集成运算放大器经典应用电路旳构成、 工作原理和电路功能 集成运算放大器使用问题
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最后结果
例题三：试设计一个加减运算电路，实现以下
运算关系：uo=10ui1+20ui2-8ui3
解： 可知完成这一要求的电路方案不是唯一的，这
里用两级反相加法器来实现。第一级完成前两项，第 二级再完成两项。电路如下：
ui1
R1
RF1
R3
RF2
ui2
R2
-
ui3 R4
N + A1 + u01
- + A2 + u0
7.2.1 比例运算电路
1、反相输入比例器
if RF
i1 R1
-
N +
+
ui R2
u0
2、同相输入比例器
if RF
i1 R1
-
++
ui R2
u0
电压跟随器
ui
-
++
u0
uo=ui
7.2.2 加法运算电路
1、反相加法器
ui1 i1 R1
if RF
ui2 i2 R2
-
ui3 i3 R3 N +
+ u0
RP
2、同相加法器
if RF
R0 N -
ui1 ui2
i1 R1 P i2 R2
+
i3 R3
+
u0
7.2.3 减法运算电路
if RF
ui1 i1 R1
-
ui2 i2 R2
+ i3
+
u0
R3
7.2.4 积分运算电路
反相积分器
i1 R1 ui
if CF
uC
-
+
+
u0
R2=R1
同相积分器
作业 P152 5、6、
谢谢
RF1 24k
ui1 R1 6k
-
R6 12k RF3 6k
ui2 R2 4k R
+ A1+ u01 2.2k
-
u0
ui3 R3 6k
ui4 R4 6k R5 6k
P
+
u02 R7 12k
N - A2+ 4k
RF2
4k R，
+ A3+
u+3 R8 6k
解: 运放A1实现反相加法运算， A2实现同相加法运算， A3实现减法运算。
R CF
R ui
- ++
R1 u01
- ++
u0
R/2 R1
7.2.5 微分运算电路
if RF
i1 C
ห้องสมุดไป่ตู้
-
ui uC
+
+
u0
R2=RF
例题一：图示电路中ui=-2V，RF=2R1，试求u0。
RF
ui
-
+
+ u01
R1
-
+ R2
+
u0
解：
u01=ui=-2V
例题二：试求图示电路的uo。且知ui1=5mV， ui2=-5mV，ui3=6mV，ui4=-12mV。
R5
1k u03
+A3 +
R,,
R7 100k 9k u02,
R6
1k 3
解: 1、运放A1实现反相加法运算有
2、运放A2实现反相积分运算有 3、运放A3实现反相比例运算，由于R7>>R5及R6近似有
3、运放A3实现反相比例运算有
将uo3的表达式代入uo的表达式整理可得 这就是输出电压uo与输入电压ui之间的微分方程。
R01
R02
1、运放A1实现反相加法运算有 2、运放A2仍实现反相加法运算有 3、按题目要求设置各元件的参数比例关系有
例题四：试求图示电路的uo和ui的运算式。
ui1 R1 i1 3k i2
R2
1
R3 3k
CF 10µF 2
if
-
R4 10k
+ A1+ u01
R R8 100k
R，
-
u0
+ A2+ u02
可先求出uo1和uo2，再求解uo。
1、 A1实现反相加法运算，可得 2、 A2实现同相加法运算，且满足RN=RP的条件，这 里RN=RF2//R，=2kΩ，RP=R3//R4//R5= 2kΩ，可得
求uo2的另一方法
求uo2的另一方法：
用节点电压法，可得u+2
按同相比例运算，可得uo2
3、A3实现减法运算。用同相和反相比例运算叠加， 可得uo，先求u+3