运算放大器
运算放大器计算方法
运算放大器计算方法
一、介绍
运算放大器（Operational Amplifier，简称Op-Amp）是一种多用途的电子元件，主要用于放大、运算以及控制信号。
它是一种模拟集成电路，通常由电阻、电容、二极管、晶体管等器件构成，经过精心设计，可以完成复杂的信号处理任务。
运算放大器可以用于实现多种运算，如增益放大、滤波、信号分离和信号复位，是模拟信号处理的基础构件。
二、计算方法
1、计算增益
放大器的增益是指放大器输出信号和输入信号之间的比值，也可以看作放大器级数。
其计算公式为：
增益=输出信号/输入信号
2、计算输出/输入比率
放大器的输出/输入比率是指放大器输出信号和输入信号之间的
比值，其计算公式为：
输出/输入比率=输出电压/输入电压
3、计算输出电压
放大器的输出电压是指放大器输出信号的电压值，其计算公式为：输出电压=输入电压×增益
以上是放大器的主要计算方法，根据实际应用情况可以采用不同的计算方法。
电路中的运算放大器有哪些特点和应用
电路中的运算放大器有哪些特点和应用运算放大器是电路中应用广泛的一种电子器件，它具有许多特点和应用。
本文将介绍运算放大器的特点，并探讨其在电路中的各种应用。
一、特点1. 高增益：运算放大器的主要特点之一是具有较高的电压增益。
它能够将输入信号增加到一个较高的水平，以便于后续的处理和分析。
2. 宽频带宽：运算放大器的频带宽度较宽，能够处理较高频率的信号。
这使得它在许多应用中都能够提供精确和有效的放大功能。
3. 低噪声：运算放大器通常具有较低的噪声水平，这使得它在信号处理中非常有用。
低噪声的特性使得运算放大器能够提供更清晰和准确的信号放大。
4. 高输入阻抗和低输出阻抗：运算放大器的输入阻抗很高，可以减小对输入信号源的负载，保持传输信号的完整性。
同时，输出阻抗较低，能够驱动负载电路。
5. 可调节增益和偏置：运算放大器通常具有可调节的增益和偏置特性，这使得它在不同应用场景下能够灵活应对和满足需求。
二、应用1. 信号放大和滤波：运算放大器广泛应用于信号放大和滤波电路中。
通过调节放大器的增益和频率响应，可以实现对信号的放大和滤波功能，使得信号的频率范围和振幅得到控制和优化。
2. 模拟计算：运算放大器也常用于模拟计算电路中。
其高增益和精确性能使其成为模拟电路中一种重要的元器件，例如用于模拟加法、乘法、积分和微分等运算。
3. 电压比较和开关：运算放大器的高增益和灵敏度使其非常适合于电压比较和开关电路的应用。
通过将运算放大器配置为比较器或开关，可以实现对电压信号的比较和控制。
4. 反馈控制系统：运算放大器在反馈控制系统中起着至关重要的作用。
通过引入适当的反馈电路，可以实现对电路稳定性、增益和响应速度的控制。
5. 传感器信号处理：运算放大器还广泛应用于传感器信号处理中。
传感器常常输出微弱的信号，而运算放大器能够对这些信号进行放大和处理，以提高信号的灵敏度和稳定性。
6. 精密测量仪器：运算放大器也被广泛应用于精密测量仪器中。
运算放大器的分类
运算放大器的分类
运算放大器可以根据其内部电路结构和应用领域来分类，主要分为以下几种：
1. 基本型运算放大器：传统的运算放大器，内部由一个差分放大器和一个级联缓冲器组成，用于放大、滤波、积分、微分等基本电路。
2. 差分型运算放大器：内部电路结构和基本型类似，但增益更高，具有更高的共模抑制比和更低的失调电压。
3. 仪器放大器：专用于测量和检测的放大器，具有高共模抑制比、高精度、低噪音等特点。
4. 高速运算放大器：适用于高速信号处理，具有更高的带宽和更快的响应速度。
5. 低功耗运算放大器：适用于低功率应用，具有低静态电流、低供电电压等特点。
6. 压限放大器：用于对信号进行压限，可保护信号处理电路免受过大电压的损害。
7. 电流型运算放大器：通过输入电流控制输出电压，适用于电流驱动应用。
8. 隔离型运算放大器：可实现输入端和输出端的电气隔离，适用于对输入信号进行隔离和放大的应用。
运算放大器介绍54页PPT
vI
R1
vN -
vP
A +
vO
AV= -（Rf / R1）= -20/10= -2
R2
Vo= AV Vi=(-2)(-1)=2V
2.3 基本线性运放电路
2.同相比例运算电路
Rf
虚断 v P = v I
0vN = vN vO
R1
Rf
R1
vN
-
vI
vP
A +
vO
虚短
vN = vP
vO
=
(1
Rf R1
= 2R6m'LVIEvX
IE
=
IC3 2
1 2
vy Re
vO =KvXvY
2.5 模拟乘法器电路
2、模拟乘法器符号 vO =KvXvY
K为比例因子，一般为正。
3、乘法运算
2.5 模拟乘法器电路
4、乘方和立方运算
2.5 模拟乘法器电路
5、除法运算
根据虚端虚断有：
-
v2 =Kvx2vO
+
Vo与vx1、vx2之商成比例，实现了除法运算 只有当vx2为正极性时，才能保证运放处于负反馈状态 vx1则可正可负
iCiEIESe VT
vO=VTlnvR S VTlnIES
其中，IES 是发射结反向饱和电流，vO是vS的对数运算。
2.4 基本运算电路
4. 反对数运算电路
利用虚短和虚断，电路有
iF
R
vS =vBE
vB E
iFiEIESe VT
vS
iE T
–
+
vO
vO =iFR
vS
vO =IESe VT
运算放大器正向放大电路
运算放大器正向放大电路
运算放大器正向放大电路是一种常见的电路设计，其主要作用是将输入信号放大到所需的输出电平。
这种电路通常由运算放大器、电阻和电源构成，其中运算放大器是核心部件，起到放大信号的作用。
在正向放大电路中，输入信号连接到运算放大器的非反馈输入端，输出信号则从运算放大器的反馈端获取。
通过调节电阻和电源，可以实现不同程度的信号放大，从而满足不同的电路设计要求。
正向放大电路在模拟电路设计中应用广泛，常见于信号放大、滤波、比较和稳压等电路中。
- 1 -。
运算放大器增益
运算放大器增益运算放大器是一种电子器件，它用于放大电压、电流或功率信号。
在电路设计和信号处理中，运算放大器具有重要的作用。
它是现代电子设备中不可或缺的一部分。
本文将重点讨论运算放大器的增益。
增益是指输入信号经过运算放大器放大后的输出信号与输入信号的比值。
运算放大器的增益通常表示为一个数字，它描述了输入信号被放大的程度。
增益可以是正的，也可以是负的。
当增益为正时，输入信号的幅度会增加；当增益为负时，输入信号的幅度会减小。
运算放大器的增益可以通过不同的方式进行调整和控制。
其中最常用的方式是通过反馈电路来实现。
反馈电路将输出信号的一部分反馈到运算放大器的输入端，以控制增益。
反馈电路可以是负反馈，也可以是正反馈。
负反馈可以使增益更加稳定和可控，而正反馈可以引起放大器的振荡和不稳定。
在实际应用中，运算放大器的增益需要根据具体的需求进行选择和调整。
增益的选择应综合考虑输入信号的幅度、输出信号的要求以及电源供应的限制等因素。
增益过大可能导致输出信号失真或超出运算放大器的工作范围，增益过小则可能无法满足输出信号的要求。
除了增益，运算放大器还有其他一些重要的性能指标。
其中包括输入阻抗、输出阻抗、带宽、偏置电压等。
这些性能指标会影响运算放大器的工作特性和应用范围。
在选择和使用运算放大器时，需要综合考虑这些性能指标。
运算放大器的增益可以通过不同的电路实现。
常见的电路包括共射放大器、共基放大器、共集放大器等。
这些电路在不同的应用场合下具有不同的优势和特点。
选择合适的电路可以实现所需的增益，并满足其他要求。
除了增益的选择和调整，还需要注意运算放大器的稳定性和可靠性。
在设计和使用运算放大器时，需要考虑一些因素，如温度、电源波动、噪声等对增益的影响。
合理的设计和优化可以提高运算放大器的稳定性和可靠性。
运算放大器的增益是其重要的性能指标之一。
合理选择和调整增益可以满足不同应用的需求。
在使用运算放大器时，需要综合考虑增益、稳定性、可靠性等因素。
运算放大器分类
运算放大器分类运算放大器是一种基本的模拟电路元件，广泛应用于各种电子设备中。
根据其不同的性质和功能，可以将运算放大器分为几类。
1.差分放大器差分放大器是一种基本的运算放大器，主要用于实现信号放大和滤波。
它的输入端有两个，可以将两个输入信号进行差分运算，输出差分信号的放大结果。
差分放大器具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗等特点，适用于放大微弱信号和抑制噪声干扰。
2.反馈放大器反馈放大器是一种将一部分输出信号反馈到输入端的运算放大器。
反馈放大器可以实现信号放大、滤波、稳压等功能，还可以提高放大器的线性度和稳定性。
根据反馈方式的不同，反馈放大器可以分为正反馈和负反馈两种。
其中，负反馈放大器最为常见，可以减小放大器的失调、漂移和噪声，提高放大器的性能和可靠性。
3.比较器比较器是一种将两个输入信号进行比较，输出高低电平的运算放大器。
比较器可以用于电压比较、信号检测、门电路等方面。
根据比较器的输出类型，可以将其分为开关型比较器和线性比较器两种。
其中，开关型比较器输出只有两种状态，常用于数字电路中的逻辑运算；线性比较器输出具有连续的电平变化，常用于模拟电路中的信号处理。
4.积分放大器积分放大器是一种将输入信号进行积分运算后输出的运算放大器。
积分放大器可以用于实现信号积分、微分和低通滤波等功能，还可以提高放大器的稳定性和线性度。
与差分放大器相比，积分放大器的输入阻抗较低，输出阻抗较高，适用于高精度的信号处理和控制系统中。
5.微分放大器微分放大器是一种将输入信号进行微分运算后输出的运算放大器。
微分放大器可以用于实现信号微分、高通滤波和波形恢复等功能，还可以提高放大器的线性度和稳定性。
与积分放大器相比，微分放大器的输入阻抗较高，输出阻抗较低，适用于高速信号处理和控制系统中。
运算放大器是一种非常重要的电子元件，在各种电子设备中都有广泛的应用。
根据其不同的性质和功能，可以将运算放大器分为差分放大器、反馈放大器、比较器、积分放大器和微分放大器等几类。
理想运算放大器的主要参数
理想运算放大器的主要参数
理想运算放大器是一种具有高增益、带深度负反馈的直接耦合放大器，其主要参数包括：- 开环电压增益Avo：没有反馈的设备增益，理想情况下为无限大。
- 输入电阻ri：指运算放大器在输入级提供的阻抗，理想情况下为无限大。
- 输出电阻ro：指运算放大器在输出级提供的阻抗，理想情况下为零。
- 开环带宽BW：放大器的带宽称为频率范围，理想情况下为无限大。
- 失调电压：指输入端子之间的差分直流电压，理想情况下为零。
- 摆率：如果输入信号有阶跃变化，则运算放大器的摆率是输出信号的变化率，单位是V/ms。
理想情况下为零，意味着输入更改将立即反映在输出中。
这些参数对于理解和设计运算放大器电路至关重要。
在实际应用中，需要根据具体需求和应用场景选择合适的运算放大器，并注意其参数的限制和影响。
《运算放大器介绍》课件
运算放大器的特点与应用
高增益
可以放大微弱信号，提高信号质量，常用于放 大和滤波电路。
稳定性
通过负反馈控制，运算放大器具有较好的稳定 性和抗干扰能力。
线性范围
在一定的输入范围内，输出与输入之间的关系 是线性的，有利于进行精确的信号处理。
应用领域
运算放大器广泛应用于仪器仪表、通信、自动 控制、音频处理等领域。
通过级联连接来实现信号放大。
3
负反馈
通过将一部分输出信号反馈到输入端， 可以改善放大器的稳定性和性能。
共模抑制比
衡量运算放大器对共模信号的响应程度， 高共模抑制比意味着更好想运算放大器
具有无穷大的放大倍数、无限大的输入阻抗 和无穷小的输出阻抗。
2 实际运算放大器
基于原理电路和器件实现，存在各种非理想 因素。
运算放大器的设计流程
需求分析
明确设计的目标和要求，包括 放大倍数、带宽、输入输出范 围等。
电路设计
选择适当的运算放大器电路拓 扑和元器件，进行电路原理设 计和仿真。
电路验证
通过实际测试和调试，验证设 计的电路是否满足要求。
《运算放大器介绍》PPT 课件
运算放大器是一种电子设备，用于增强电信号的幅度，广泛应用于电子电路 设计和信号处理领域。
什么是运算放大器？
运算放大器是一种具有高放大倍数、差分输入和单端输出的电路器件，可以 执行各种数学运算和信号放大功能。
运算放大器的基本原理
1
放大器电路
2
由输入级、差分放大器和输出级组成，
运算放大器的工作条件
运算放大器的工作需要满足一定条件，包括供电电压、工作温度、输入电压范围和负载阻抗等。
运算放大器的参数与指标
运算放大器作用
运算放大器作用
运算放大器是一种以放大电压信号为主要功能的电子设备，其作用是将输入的小信号放大到适合于后续电路处理的幅度。
运算放大器具有高增益、大输入阻抗和小输出阻抗的特点，广泛应用于信号处理、自动控制、测量仪器等领域。
运算放大器的主要作用可以归纳为以下三个方面：
1. 增大信号幅度：运算放大器通过将输入信号放大到合适的幅度，确保信号能够被后续电路准确地处理。
在许多应用中，输入信号的幅度往往非常小，比如传感器输出、微弱电信号等，这时需要通过运算放大器将信号放大到合适的幅度，以提高信号与噪声的比值，从而实现更可靠的信号检测和处理。
2. 实现信号滤波：运算放大器中可以加入电容和电感等元件，组成滤波电路，用于抑制或放行特定频率范围的信号。
通过设计合适的滤波电路，可以在运算放大器的输入端或输出端实现低通、高通、带通等滤波功能，去除信号中的杂音、干扰和其他不需要的频段，从而提高信号质量和可靠性。
3. 实现信号处理功能：运算放大器还可以用于实现各种信号处理功能，如加减法、积分、微分、极坐标变换等。
通过合理连接运算放大器的输入端和反馈端，可以实现不同的功能，满足不同的应用需求。
例如，在自动控制系统中，运算放大器经常用于实现比例、积分、微分（PID）控制算法，实现对输出信号的精确控制。
总之，运算放大器作为一种重要的电子器件，广泛应用于各个领域。
它的主要作用是将输入信号放大，并进行滤波和处理，保证信号能够被后续电路准确地检测和处理。
运算放大器的高增益、大输入阻抗和小输出阻抗等特点，使得它能够有效地处理各种电压信号，并提供高质量的输出。
因此，在电子电路设计和信号处理中，运算放大器是不可或缺的重要元件。
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一：运算放大器的分类
目前广泛应用的电压型集成运算放大器是一种高放大倍数的直接耦
合放大器。在该集成电路的 输入与输出之间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
算放大器的种类非常多,可适用 于不同的场合。
按照集成运算放大器的参数来分,集成运算放大器可分为如下几类。
1．通用型运算放大器
通用型运算放大器就是以通用为目的而设计的。这类器件的主要特点
是价格低廉、产品量大面广,其性能指标能适合于一般性使用。例
mA741（单运放）、 LM358（双运放）、LM324（四运放）及以场效应
管为输入级的LF356都属于此种。它们是目前应用最为广泛的集成运
算放大器。
2．高阻型运算放大器
这类集成运算放大器的特点是差模输入阻抗非 常高,输入偏置电流
非常小,一般rid＞（109~1012）W,IIB为几皮安到几十皮安。实现这
些指标的主要措施是利用场效应管高输入阻抗的 特点,用场效应管
组成运算放大器的差分输入级。用FET作输入级,不仅输入阻抗高,
输入偏置电流低,而且具有高速、宽带和低噪声等 优点,但输入失调
电压较大。常见的集成器件有LF356、LF355、LF347（四运放）及更
高输入阻抗的CA3130、CA3140 等。
3．低温漂型运算放大器
在精密仪器、弱信号检测等自动控制仪表中,总是希望运算放大器的
失调电压要 小且不随温度的变化而变化。低温漂型运算放大器就是
为此而设计的。目前常用的高精度、低温漂运算放大器有OP-07、
OP-27、 AD508及由MOSFET组成的斩波稳零型低漂移器件ICL7650
等。
4．高速型运算放大器
在快速A/D和D/A 转换器、视频放大器中,要求集成运算放大器的转
换速率SR 一定要高,单位增益带宽BWG一定要足够大,像通用型集成
运放是不能适合于高速应用的场合的。高速型运算放大器主要特点是
具有高的转换速率和宽的频率响应。 常见的运放有LM318、mA715
等,其SR=50~70V/ms,BWG＞20MHz。
5．低功耗型运算放大器
由于电子电路集成化的最大优点是能使复杂电路小型轻便,所以随着
便携式仪器应用范围的扩大,必须使用低电源电压供 电、低功率消耗
的运算放大器相适用。常用的运算放大器有TL-022C、TL-060C等,
其工作电压为±2V~±18V,消耗电流为 50~250mA。目前有的产品功耗
已达微瓦级,例如ICL7600的供电电源为1.5V,功耗为10mW,可采用单
节电池供电。
6．高压大功率型运算放大器
运算放大器的输出电压主要受供电电源的限制。在普通的运算放大器
中,输出电压的最大值一般仅几十伏,输出电流仅 几十毫安。若要提
高输出电压或增大输出电流,集成运放外部必须要加辅助电 路。高压
大电流集成运算放大器外部不需附加任何电路,即可输出高电压和大
电流。例如D41集成运放的电源电压可达±150V,mA791集成运放的
输出电流可达1A。
二：运算放大器的结构
上面就是结构图，其实作为一个应用电路的使用者，没有必要深究它
的内部结构是什么样的，只要知道大概就可以了。然后再掌握些二极
管、三极管，场效应管的用 途和原理。最重要的是分析方法。值得
注意的是：集成运算放大器一般不使用在高频的情况。以后有时间再
分析下功率放大器，仪表放大器等。下面简要说一下内部 结构。
（1） 输入级的作用有效的抑制温度漂移；中间级的作用是提供足够
大的的电压放大倍数；输出级的作用是提供一定幅度的电压变化和电
流变化，以推动负载工作。偏置电 路时向各级提供合适的静态工作
电流。
（2） 差分放大输入级是用两只同型号，同性能的三极管；有两输出
端和两输入端（可以只用一个）。
（3） 差模信号：若在两个输入端同时输入一个大小相等，极性相反
的信号。
共模信号：若两个输入端同时输入一个大小相等，极性也相同的信号。
可以认为，差模信号反映了有效信号，而共模信号反映了由于温度变
化等原因而产生的漂移信号或者其他干扰信号。
三：运算放大器的分析方法
注意：它是一种放大倍数很高的放大器，内部电路全部采用直接耦合
电路，所以这种电路可以放大直流信号。运算放大器一般不工作在开
环状态，因为放大倍数接近 于无穷大，不利于使用者控制电路。所
以一般都要加个反馈。
分析方法关键掌握三个要点：
（1）虚短：由于放大倍数很高，所以(u+)-(u-)=0，推出两输入端虚
短。
（2）虚地：在反相输入时，同相输入端接地，即，同相端根据上面
分析也相当于接地。
（3）虚断：由于运算放大器开环输入电阻很高，即，两端输入电流
几乎等于零。如同两端电路断开一样。
注：“续断”任何情况都适用。
四：反馈电路
1：反馈种类
反馈信号的出发点决定：电压反馈，电流反馈。
反馈信号的终点决定： 并联反馈，串联反馈。
2：判断反馈电路的一般步骤
（1）根据输出输入之间 有无实质性的连接判断电路有无反馈
（2） 反 馈网络存在于直流通路则为直流反馈；存在于交流通路
则反馈为交流反馈；交流、直流通路均存在的反馈为交直流反
馈
（3）用输出短路法判断是电压反馈还是电流反馈
（4） 根 据输入求和方式判断是串联反馈还是并联反馈
（5） 用瞬时极性法判断是正反馈还是负反馈
输出短路法：
从输出端看，假设负载短路（RL=0）， 使输出电压uo=0， 看反
馈信号是否还存在：
若反馈信号不存在了，则说明反馈信号与输出电压成比例，是电
压反馈；
若存在，则说明反馈信号不是与输出电压成比例，而是和输出电
流成比例，是电流反馈。
输入求和方法：
从输入端看，输入信号与反馈信号的求和方式是电压求和还是电
流求和：
若输入信号与反馈信号的求和方式是电压求和则为串联反馈；
若输入信号与反馈信号的求和方式是电流求和则为并联反馈。
瞬时极性法：
¡ 规定输入信号在某一时刻 对地的极性，并以此为依据，逐级
判断电路中各相关点电流的流向和电位的极性，从而得到输出
信号的极性；根据输出信号的极性判断出反馈信号的极性；若
反馈信 号使基本放大电路的净输入信号增强，则说明引入正
反馈；若反馈信号使基本放大电路的净输入信号削弱，则说明
引入了负反馈。
注意：
（1）反馈分析的是交流信号变化，不要与直流信号混淆。
（2）当为交流反馈时，瞬时极性法所判断的是相位的关系。电路中
两个信号的相位不是同相就是反 相。
五：运算放大器的作用的总结性概括。
1 常见运算放大器的作用包括：比例运放，加减运放，微积分运放。
把握关键：（1）放大倍数关键看反馈部分。
（2）比例运放的叠加构成加减运放。
（3）微积分运放的关键看反馈部分。
2 有源滤波电路（选频电路）包括：高通，低通，带通，带阻。
把握关键： （1） 输入信号 ui 都在同相输入端
（2） RC网络都在输入端。这是区分微积分运放的关键。因为有源
滤波电路的电容C在输 入端，微积分运放的电容C在反馈部分。
3 电压比较器包括：过零比较器，任意电平比较器，滞回比较器（施
密特触发器）
把握关键：比较器的关键是它没有负反馈。一般是：（1）开环的状
态下是非滞回比较器
（2）正反馈的状态下是滞回比较器
4 注意：“虚断”适用任何情况。
“虚短”适用于有负反馈的情况。