集成运算放大器原理
第六章 集成运算放大器
偏置电路是为集成运算放大器的输入级、中间级和输出级电路 提供静态偏置电流，设置合适的静态工作点。 运算放大器的图形符号如图6-2所示，其中反相输入端用“-”号 表示，同相输入端用“+”号表示 。器件外端输入、输出相应 地用N、P和O表示。
图6-2 运算放大器的图形符号
二、集成运算放大器的主要参数 1. 开环差模电压放大倍数 uo 开环差模电压放大倍数A
图6-4 反馈信号在输出端的取样方式 （a）电压反馈 （b）电流反馈
（4）串联反馈和并联反馈—─反馈的方式 如果反馈信号与输 入信号以串联的形式作用于净输入端，这种反馈称为串联反 馈，如图6-5（a）所示。如果反馈信号与输入信号以并联的 形式作用于净输入端，这种反馈称为并联反馈，如图6-5（b） 所示。可用输入端短路法判别，即将放大电路输入端短路， 如短路后反馈信号仍可加到输入端，则为串联反馈，如短路 后反馈信号仍无法到输入端，则为并联反馈。
图6-7 放大电路的传输特性1—闭环特性 2—开环特性
(3)展宽了通频带 放大器引入负反馈后，虽然放大倍数降低了，但放大器的稳定 性得以提高，由于频率不同而引起的放大倍数的变化也随 之减小。在不同的频段放大倍数的下降幅度不同，中频段 下降的幅度较大，而在低频段和高频段下降的幅度较小， 结果使放大器的幅频特性趋于平缓，即展宽了通频带。
(4)改变了输入输出电阻 负反馈对输入电阻的影响取决于反馈信号在输入端的连接方式。 并联负反馈是输入电阻减小，串联负反馈是输入电阻增大。 负反馈对输出电阻的影响取决于反馈信号在输出端的取样方 式。电压负反馈是输入电阻减小，电流负反馈是输入电阻增 大。电压负反馈有稳定输出电压的作用，电流负反馈有稳定 输出电流的作用。 电压串联负反馈使电压放大倍数下降，稳定了输出电压，改善 了输出波形，增大了输入电阻，减小了输出电阻，扩展了通 频带。电压并联负反馈使电压放大倍数下降，稳定了输出电 压，改善了输出波形，减小了输入电阻，减小了输出电阻， 扩展了通频带。电流串联负反馈使电压放大倍数下降，稳定 了输出电流，改善了输出波形，增大了输入电阻，增大了输 出电阻，扩展了通频带。电流并联负反馈使电压放大倍数下 降，稳定了输出电流，改善了输出波形，减小了输入电阻， 增大了输出电阻，扩展了通频带。
第三章 差动放大电路及集成运算放大器 第一节差动放大电路
差动放大电路及集成运算放大器
3.1.1.1 差动放大电路的基本结构 差动放大电路如图３-１所示。
图3-2中可以算出差模输入电阻为: Rid＝２(ｒbe+Rb) 输出电阻为： Rο＝２RC
差动放大电路及集成运算放大器
3.1.3 共模输入信号与共模抑制比ＫCMR
在差动放大器两输入端同时输入一对极性相同、幅度相 同的信号称为共模输入方式。定义共模信号uic为两个输入信 号的算术平均值，即：
uic
ui1
差动放大电路及集成运算放大器
因此，其差模电压放大倍数为：
Aud
uo uid
Rc
Rb rbe
上式说明，该电压放大倍数与单管共射放大电路的电压
放大倍数相等。
这里我们用两套电路的元件实现的电压放大倍数和一套 电路相同。但该电路具有很好的超低频性能和很强的抑制零 点漂移的能力，这个问题下面还要详细讨论。
uo uo1 uo2 2uo1
差动放大电路及集成运算放大器
由图3-2可以计算出VT1、VT2的输出电压分别为：
VT1的输出电压：
uo1
Rcuid
2(Rb rbe )
VT2的输出电压：
uo 2
Rcuid
2(Rb rbe )
则差动放大电路的双端输出电压为：
uo
uo1
uo2
RCuid
Rb rbe
在一些超低频及直流放大电路中，级间耦合必须采用直 接耦合方式。直接耦合电路既能放大交流信号又能放大直流 信号，具有相当好的低频特性，所以又常称为直流放大器。 但由于其内部各级电路的静态工作点相互影响,给电路设计 和调整带来诸多不便。
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
集成运算放大电路
iL
uI R1
(2) 悬浮负载电压—电流变换器 悬浮负载电压—电流变换器电路如图27所示。
（a）反相电压—电流变换器
（b）同相电压—电流变换器
图27 悬浮负载的电压—电流变换器
图27（a）是一个反相电压—电流变换器，它是一个电流并联负反馈电 路，它的组成与反相放大器很相似，所不同的是现在的反馈元件（负载） 可能是一个继电器线圈或内阻为RL的电流计。流过悬浮负载的电流为
（a）基本电路
图28 电流—电压变换器
（b）典型电路
图28(a)是一个基本的电流—电压变换器，根据集成运放的“虚断”和 “虚地”概念，有 和 ，故
u 0
，从而有
i 0
i F 是一个经常用在光电转换电路中的典型电路。图中 iI 图28(b) V是光电二 极管，工作于反向偏置状态。
O F F I F 根据集成运放的“虚断”和“虚地”概念可得
u u 0 i i 0 iI iF
uO uI R1 RF RF uO uI R1
2. 同相比例运算电路 同相比例运算电路如图21所示。
图21同相运算电路 由虚短、虚断可得：
u u uI i i 0 i1 i F
RF u O (1 )u I R1
RF RX
4. 测量放大器 测量放大器电路如图33所示
图33 测量放大电路
由图33可知： (1) 热敏电阻 和R组成测量电桥。当电桥平衡时 信号，故输出 ，相当于共模
Rt ，若测量桥臂感受温度变化后，产生与 相应的微小
u S1 u S，这相当于差模信号，能进行有效地放大。 信号变化 uO 0 2
③ 不接基准电压，即 称为过零比较器。
讲义第5章集成运算放大电路
第5章集成运算放大电路（上一章介绍的用三极管、场效应管等组成的放大电路称为分立元件电子电路。
）集成电路：如果在一块微小的半导体基片上，将用晶体管（或场效应管）组成的实现特定功能的电子电路制造出来，这样的电子电路称为集成电路。
（集成电路是一个不可分割的整体，具有其自身的参数及技术指标。
模拟集成电路种类较多，本章主要介绍集成运算放大电路。
）本章要求：（1）了解集成运放的基本组成及主要参数的意义。
（2）理解运算放大器的电压传输特性，理解理想运算放大器并掌握其基本分析方法。
（3）理解用集成运放组成的比例、加减、微分和积分运算电路的工作原理。
（4）理解电压比较器的工作原理和应用。
5.1集成运算放大器简介5.1.1集成运算放大器芯片集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路。
是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。
集成运算放大器简称运放，是一种多端集成电路。
集成运放是一种价格低廉、用途广泛的电子器件。
早期，运放主要用来完成模拟信号的求和、微分和积分等运算，故称为运算放大器。
现在，运放的应用已远远超过运算的范围。
它在通信、控制和测量等设备中得到广泛应用。
1、集成电路的概念（1）集成电路：禾U用半导体的制造工艺，把晶体管、电阻、电容及电路连线等做在一个半导体基片上，形成不可分割的固体块。
集成电路优点：工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。
（2）集成电路分类：模拟、数字集成电路；单极型、双极型集成电路，小、中、大、超大规模集成电路。
①模拟集成电路：以电压或电流为变量，对模拟量进行放大、转换、调制的集成电路。
（可分为线性集成电路和非线性集成电路。
）②线性集成电路：输入信号和输出信号的变化成线性关系的电路，如集成运算放大器。
③非线性集成电路：输入信号和输出信号的变化成非线性关系的电路，如集成稳压器。
（3）线性集成电路的特点①电路一般采用直接耦合的电路结构，而不采用阻容耦合结构。
②输入级采用差动放大电路，目的是克服直接耦合电路的零漂。
运放的原理与使用
运放的原理与使用运放，即运算放大器，是一种广泛应用于电子电路中的集成电路元件。
它的主要功能是将输入信号放大到合理的幅度，以便用于各种运算。
运放的原理和使用可以通过以下几个方面进行详细说明。
一、运放的基本电路结构运放的基本电路结构由差动输入级、单端放大级和输出级组成。
差动输入级用于接收输入信号，并将信号转换为电流。
单端放大级将电流信号转换为电压信号，并放大到合适的幅度。
输出级通过负反馈机制将输出信号与输入信号进行比较，以保持输出信号与输入信号的一致性。
二、运放的放大特性运放具有很高的放大增益和带宽产品，可以将输入信号放大到较大的幅度。
同时，运放的输入阻抗很高，输出阻抗很低，可以减小信号的失真和干扰。
三、运放的运算功能运放可以实现各种运算功能，包括放大、求和、积分、微分等。
通过调整运放的反馈电阻和电容，可以得到不同的运算结果。
四、运放的使用在实际应用中，运放可以作为放大器、比较器、滤波器等电路中的关键元件。
下面分别介绍一些常见的运放应用。
1.放大器运放可以作为电压放大器进行电压信号的放大。
通过选择合适的反馈电阻和电容，可以得到不同的放大倍数和频率响应。
2.比较器运放可以作为比较器进行信号的比较。
通过设置阈值电压，当输入信号超过或低于阈值时，输出高电平或低电平。
3.积分器运放可以通过设置负反馈电容实现积分功能。
当输入信号通过运放时，反馈电容会对信号进行积分，从而得到输出信号。
4.微分器运放可以通过设置负反馈电阻和电容实现微分功能。
当输入信号通过运放时，反馈电容和电阻会对信号进行微分，从而得到输出信号。
5.滤波器运放可以结合电容和电阻构成低通、高通、带通滤波器等。
通过调整电容和电阻的数值，可以实现对不同频率信号的滤波功能。
总之，运放作为一种重要的电子元件，在电路设计中有着广泛的应用。
它的原理和使用方法可以根据具体的应用需求进行调整和优化。
通过合理的选择和配置，可以实现不同的信号处理和运算功能。
运算放大器原理、设计解读
运算放大器发明至今已有数十年的历史，从最早的真空管演变为如今的集成电路，它在不同的电子产品中一直发挥着举足轻重的作用。
而现如今信息家电、手机、PDA 、网络等新兴应用的兴起更是将本次专题的主角-运算放大器推向了一个新的高度。
本次专题就来带你了解一下它吧！运放是运算放大器的简称。
在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。
由于早期应用于模拟计算机中，用以实现数学运算，故得名“运算放大器”，此名称一直延续至今。
运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。
随着半导体技术的发展，如今绝大部分运放是以单片的形式存在。
现今运放的种类繁多，广泛应用于几乎所有的行业当中。
- 运算放大器的发展史 -- 运算放大器的分类 -1941年：贝尔实验室的Ka rl D.Swartzel Jr.发明了真空管组成的第一个运算放大器，并取得美国专利2,401,779，命名为“Su mmin gA m p ifier ”;11952年：首次作为商业产品贩售的运算放大器是Geo r g e A. Philbrick Researches （G AP/R ）公司的真空管运算放大器，型号K 2-W ;21963年：第一个以集成电路单一芯片形式制成的运算放大器是Fairchild Senmiconductors的Bob Widlar所设计的μA702,1965年经改后推出μA709；31968年：Fairchild半导体公的μA741。
迄今为止仍然在用，他是有史以来最成功的器，也是极少数最长寿的IC 一。
4通用型运放其性能指标能适合于一般性（低频以及信号变化缓慢）使用，例如741A ，L M358（双运放），L M324及场效应管为输入级的L F356.高阻型运放这类运放的特点是差模输入阻抗非常高，输入偏置电流非常小。
实现这些指标的主要措施是利用场效应管的高输入阻抗的特点，但这类运放的输入失调电压较大。
仪用放大器工作原理
仪用放大器工作原理
仪用放大器是一种集成运算放大器，它广泛应用于各种自动控制系统中。
它的输入端通常接一个负载电阻，输出端接一个负载电容。
典型的仪用放大器的输入电容值为1pF，输出电容值为10pF。
输出端的负载电阻又称为负载电阻。
仪用放大器主要是由运算放大器和电阻网络两大部分组成的，它是一个理想的双稳态器件，有较好的线性特性和较高的放大倍数。
由于具有良好的线性特性，所以可以用来构成各种类型的直流电源；由于具有很高的放大倍数，所以可以构成各种类型的放大器；由于具有较低的负载电容，所以可以构成各种类型的补偿网络；由于具有较低的电压增益和较高的频率特性，所以可以用来构成各种类型的直流信号发生器。
下面就来介绍一下仪用放大器工作原理：
在仪用放大器中，我们可以把输入端（即负载电阻）与输出端（即负载电容）连接起来形成一个双稳态电路，当负载电阻为0时，该电路处于非稳态状态；当负载电阻大于0时，电路处于稳态状态。
—— 1 —1 —。
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集成运算放大器原理
集成运算放大器，简称运放，是现代电子电路中非常重要的一种器件。
它的重要性不仅在于它本身所能完成的多种电路设计任务，而且更在于它在大量其他器件中的应用。
另外，集成运算放大器的开发为现代电子设备的制造、现代电子技术的研究和发展，提供了非常重要的基础。
集成运算放大器的比较器部分
由于运放的结构十分复杂，因此在讲述集成运放原理之前，我们先来看看运放中的比较器部分的原理。
运放的比较器部分主要由一个差分放大器组成。
差分放大器是指由两个相同而反向连接的共模信号放大器组成。
相同是指这两个放大器的电路参数相等，反向连接是指两个放大器（也称之为放大级）的输出信号相反，并且将这两个信号相减后再进行输出。
差分放大器的电路图示如下：
我们可以看到，差分放大器的输入端分别是V1和V2，输出端是Vo。
差分放大器主要的功能就是从两个输入信号之间的差异中产生一个输出信号。
在差分放大器中，输入信号被放大并经过输出节点的反相和非反相输入。
根据正片差分放大器的基本公式，可以算出振幅比为：
其中k为放大系数，当k = R1/R2时，放大器输出为差异电压（Vin1 - Vin2）。
进一步，如果通过一个电压比较器对差分放大器的输出电压进行监测，它们可以被调整或比较，以及当它们之间存在特定比较关系时产生输出信号。
这就实现了集成运算放大器的比较器部分。
集成运算放大器的反相放大器部分
在讲完运放的比较器部分后，我们接下来来看看运放的反相放大器部分的原理。
反相放大器是由一个集成运放反相输入端和根据反馈电阻选定的电路分压器组
成的。
反相放大器的电路图如下：
在反相放大器的电路中，输入电压通过电路分压器得到一个分压电压，并且在反相输入端的放大电路中被反向放大。
由于反相输入端是虚地，因此输入电压被反相并相乘一个反馈电阻的比值后作为输出电压。
反馈电阻通常被选定为若干kΩ，以产生一个输出电压增益。
反相放大器可以增加两个相位反向的信号的虚拟输入，通过简单的反馈电阻起反相作用，产生一个输出电压的极大值或极小值。
反相放大器的电路配有负反馈支路，它通过比较输入电压与输出电压的差异来产生反馈。
当输入电压过大且从输出端回丝的电压较低时，它会产生负反馈。
这在
电路中存在着虚拟接地的信号上一直是成立的。
此时，反馈电阻的大小、放大器的增益以及放大器的其他参数等都会影响反馈的效果。
因此，我们需要根据具体的应用情况，选定相应的参数值，从而达到反馈控制放大器的作用。
集成运算放大器的非反相放大器部分
集成运放放大器的非反相放大器部分与反相放大器十分相似，只不过这里没有使用反相输入。
非反相放大器的电路图如下：
在非反相放大器的电路中，输入电压通过电路分压器得到一个分压电压，并且在非反相输入端的放大电路中被放大。
输出电压相当于输入电压乘以比率，就像反相放大器一样。
区别在于非反相放大器的输入信号与输出信号具有相同的极性，并且电路中没有虚电路点。
因此，输出电压的范围受限于负电源和正电源之间的电压范围。
非反馈放大器通常用于缓冲放大器或者简单的伪差分放大器中，而不是作为整个电路的核心放大器。
集成运算放大器的电压跟随器部分
除了比较器、反相放大器和非反相放大器以外，集成运算放大器还有一种部分，就是电压跟随器（Voltage Follower）。
电压跟随器的作用是将输入电压直接输
出，即输出电压与输入电压只是数字大小相同，不发生任何改变。
电压跟随器的电路图如下：
在电压跟随器的电路中，输出端被直接连接到反相输入端。
这里没有任何的放大，或者放大器的增益为1。
由于反相放大器中需要反馈电阻，电压跟随器的输入和输出电路应该是相同的，这样才能保持电路中的虚地。
电压跟随器可以用于逆变器或其他电容分压器或电路中作为一个阻值较高的输入电阻，但不改变整个电路的增益。
总之，集成运算放大器的比较器、反相放大器、非反相放大器和电压跟随器等部分各具特点，可以根据不同的应用用途，选取相应的电路部分组合形成新的电路功能。
通过不断优化集成运算放大器的设计，使得它的应用范围越来越广泛，并在电子技术和电子设备制造领域起着越来越不可替代的作用。