最新运算放大器设计总结
运算放大器的基本参数
1. 开环电压增益A OL
不带负反馈的状态下，运算放大器对直流信号的放大倍数。电压反馈运算放大器采用电
压输入/电压输出方式工作，其开环增益为无量纲比，所以不需要单位。但是，数值较小时，为方便起见，数据手册会以V/mV或V/ yV代替V/V表示增益，电压增益也可以dB形式表示，换算关系为dB = 20 xiogAVOL。因此，1V/ ^V的开环增益相当于120 dB，以此类推。该参数与频率密切相关，随着频率的增加而减小，相位也会发生偏移。
对于反向比例放大电路，只有当AOL >> R+Rf时，Vo=-Rf/RVi才能够成立。
Frequency (Hz)
2. 单位增益带宽B1 (Gain-Bandwidth Product)
开环电压增益大于等于 1 (OdB )时的那个频率范围，以Hz为单位。它将告诉你将小
信号(?土100mV )送入运放并且不失真的最高频率。在滤波器设计电路中，假定运放滤波器增益为
1V/V，则单位增益带宽大于等于滤波器截止频率f cut-off x 100。
3.共模抑制比CMRR
差分电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，CMRR=|Ad/Ac|。共模输入电压会影响到
输入差分对的偏置点。由于输入电路内部固有的不匹配，偏置点的改变会引起失调电压改变，
进而引起输出电压改变。其实际的计算方法是失调电压变化量比共模电压变化量，一般来说CMRR= △ Vos/ △ Vcom , TI及越来越多的公司将其定义为CMRR= △ Vcom/ △ Vos。在datasheet中该参数一般为直流参数，随着频率的增加而降低。
CCMMDN-MODE REJECTION RATIO
vt. FREQUENCY
4. 输入偏置电流Ibias
输入偏置电流被定义为：运放的输入为规定电位时，流入两个输入端的电流平均值。记为IB。为了运放能正常的工作，运放都需要一定的偏置电流。IB=(IN+IP)/2。
当信号源阻抗很高时，就必须关注输入偏流，因为如果运放有很大的输入偏流，就会对信号源构成负载，因而会看到一个比预想要低的信号源输出电压，如果信号源阻抗很高，那
么最好使用一个以CMOS或者JFET作为输入级的运放，也可以采用降低信号源输出阻抗的方法，就是使用一个缓冲器，然后用缓冲器来驱动具有很大输入偏流的运放。
在双级输入级的情况下，可以使用对失调电流进行调零的方法，就是使从两个输入端看到的阻抗相互匹配。在CMOS和JFET输入电路的情况下，一般来说，失调电流不是问题，也没有必要进行阻抗匹配了。
5. 输入失调电流Ios
当运放的输出端置于规定电位时，流入运放两个输入端的电流之差的绝对值。
I OS=|IN-IP|
6. 电源抑制比PSRR
电源电压的改变量与由此引起的输入失调电压改变量之比的绝对值，单位是dB。对于双电源运放，PSSR= △ V cc士/ △ V os士。PSSR随着频率的增加而下降。开关电源产生的噪声频率从50kHz到500kHz或更高，在这些高频下，PSSR的值几乎为零，所以，电源上的
噪声会引起运放输出端上的噪声，对此必须使用恰当的旁路技术。
POWER-SUPPLY REJECTION RATIO
vs. FREQUENCY
7. 输入阻抗Ri
当任意一个输入端接地是的两个输入端之间的DC电阻，当信号源阻抗很高时，输入阻
抗就成为一个设计要点，因为输入电路是信号源的负载。
8. 输出阻抗Ro
运放工作在线性区时，输出端内部的等效小信号阻抗。用于轨对轨输出的运放，比射级
跟随器输出级有较高的输出阻抗。
当使用轨对轨运放来驱动重负载时，输出阻抗成为一个设计要点，如果负载主要是电阻性的，那么输出阻抗所限制的是运放的输出电压可以多近的接近电源电压。如果负载是容性的，那就会产生额外的相移，使相位裕度变坏。
9. 增益带宽积GBW
开环电压增益与该增益的测试点频率的乘积，单位Hz，该参数与B1相似，B1规定为
运放的增益等于1的那个频率点，而GBW规定为运放在一个频率点上的增益带宽积，但这个频率点可以不同于B1 o
10. 摆速/压摆率SR
由输入端的阶跃变化所引起的输出电压的变化速率，单位是V/S o运放的SR参数等于
它可以传递的信号摆速的最大值。它反映的是一个运算放大器在速度方面的指标，表示运放
对信号变化速度的适应能力，是衡量运放在大幅度信号作用时工作速度的参数。当输入信号
变化斜率的绝对值小于SR时，输出电压才按线性规律变化。信号幅值越大、频率越高，要求运放的SR也越大。
一般来说，压摆率高的运放，其工作电流也越大，亦即耗电也大的意思。但压摆率却是
高速运放的重要指标。当运放在传递信号时，如果要求不会因为SR太慢而使信号失真，那
么，放大器的摆速必须至少等于信号的最大摆速。可以提供最快SR的运放是电流反馈运放。
设计准则是：SR > 2 n V out p-p X V cut-off。V out p-p是在V cut-off频率以下的电压峰-峰的期望摆幅值。
-41
0.01
-120
j
-i.
■J
O
工
Q.t ' 10 100 1000
处理交流信号的话，增益带宽积（GBP）和转换速率（SR）是主要考虑的指标。
处理直流或低频信号的话，就要主要考虑失调电压和失调电流。
11.输入失调电压Vos
使输出电压为零时，需要加在两个输入端之间的DC电压。双极输入级要比CMOS或
JFET输入级有较低的失调电压。Vos是一个折算到输入端的参数，这个电压将被电路的正
的闭环增益所放大。如果电路需要DC精度，那么Vos是必须要关注的。
12. 输入失调电压长期漂移参数
输入失调电压的改变量与时间改变量之比，通常指一个月内的平均值，单位是V/month。13. 输出电压摆幅Vo
当运放用双极性电源工作时，可以达到的、不削峰的最大峰到峰输出电压，单位为伏特，一般定义在特定的负载条件下。一般运放输出为射级跟随器结构，无法把输出电压驱动到等
于电源的任何一个轨电压，轨对轨输出的运放使用了共射级（双极）或共源级（CMOS ）输
出级，使得输出电压的摆幅仅受到输出管的饱和压降或接通电阻以及负载电流的限制。对于单电源运放，使用VOH和VOL来定义最大和最小输出电压。
运放的输出电压是有限制的，普通运放的输出电压范围一般是（Vss+1.5?Vcc-1.5 ）V, 比如电源电压是土15V，运放能输出的最低电压为-13.5V，最高电压为13.5V，超过这个电压范围即被限幅。这个特性导致电源电压不能被充分利用，特别是电池工作的设备，工作电压很低，这个问题特别突出，于是出现了rail to rail （轨至轨）型运放。那么是不是使用了
rail to rail运放，就不用考虑电源轨的限制了呢？对于普通运放，比如15V供电时，说输出
电压摆幅可以达到13.5V，其实输出电压接近13.5V时，运放的特性就开始变差，主要表现
在放大倍数急剧下降，信号就开始失真，增益越大，失真越严重。Rail to Rail运放的广告
宣传中会说能达到正负电源的输出范围，实际上，当信号与电源轨的距离小于300mV时，
放大器就会开始产生失真。
那什么时候，可以相信datasheet上标称的电压摆幅呢？把运放当作比较器用的时候！rail to rail运放在作为比较器使用时，其输出电压可以非常接近电源轨，一般只有20mV左
右的距离。
建议：普通运放电源的正负极电压应该分别比要求的输出电压高2V以上，Rail to Rail 型运放应该高300mV以上。
14.输入共模范围VICMR
谈及运算放大器输入时，输入共模电压( VICM )是工程师首先会想到的一个术语，但
其可能会带来一定的初始混淆。VICM描述了一个特殊的电压电平，其被定义为反相和非反
相输入引脚(图1)的平均电压。
图1运算放大器的输入共模电压
它常常被表示为：
VICM = [VIN (+) + VIN ( -]/2.
思考VICM的另一种方法是，它是非反相和反相输入即VIN (+)和VIN (-常见的电压电平。事实证明，在大多数应用中，VIN (+)都非常接近于VIN (-，因为闭环负反馈使一个输
入引脚紧跟另一个，这样VIN (+)和VIN (-之间的差便接近于零。
对许多常见电路而言确是这样一种情况，其包括电压跟随器、反相和非反相配置。在这
些情况下，我们常常假设VIN (+) = VIN ( - = VICM，因为这些电压大约相等。
用于描述运算放大器输入的另一个术语是输入共模范围”(VICMR ),或者更准确的说
是输入共模电压范围”。它是许多产品说明书中经常用到的一个参数，同时也是广大电路设计人员最为关心的一个参数。VICMR定义了运算放大器器件正确运行所需的共模输入电压
范围”，并描述了输入与每个电源轨的接近程度。
思考VICMR的另一种方法是：它描述了由VICMR_MIN 和VICMR_MAX 定义的一个
范围。如图2所示，对VICMR的描述如下：
VICMR = VICMR_MAX -VICMR_MIN
其中：
VICMR_MIN = 相对于VCC -电源轨限制
VICMR_MAX = 相对于VCC+电源轨限制
V|CMR = V|CMR MAX -V|CMR MIN
VjCMR_MAX
V)CMR_MJN *
图2运算放大器的输入共模电压范围
超出VICMR时，便无法保证运算放大器的正常线性运行。因此，保证完全了解输入信号的整个范围并确保不超出VICMR至关重要。
产生混淆的另一个方面可能会是：VICM和VICMR并非标准化缩略语，而各个IC供应
商的各种产品说明书通常使用不同的术语，例如：VCM, VIC, VCMR等。结果，我们必需
要了解您研究的规范超过了某个特殊输入电压一一个输入电压范围”。
VICMR因运算放大器而各异
运算放大器的输入级由设计规范和所用运算放大器工艺技术类型规定。例如，CMOS 运算放大器的输入级便与双极型运算放大器不同，其区别于JFET运算放大器等。运算放大
器输入级和工艺技术的具体情况不在本文讨论范围内，但注意到这些差异存在于各种运算放
大器器件之间也很重要。
表1列举了几个德州仪器（TI ）运算放大器的例子及其VICMR。最大电源范围”栏描述了分裂式电源和单电源（括号内）限制。由该表，我们清楚地知道各运算放大器的输入范围VICMR明显不同。根据器件的具体类型，VICMR可能会低于或者超出电源轨。因此，
绝不要假设运算放大器可以接收特殊输入信号范围，除非在产品说明书规范中得到核实。
Device Technology Max $ii 叩R Range (V)VlCW MM
TLE2062A JFET input Vc^-^isvisav){V DC-}+34V(Vct+)-W
TLC2272UnCMOS(Vcc*]-0SV !
TL971&CM0S L'ccJ = 刖(15屮(Vx+)*1-15V
OPA333CMOS'Hfitfiput1/bc^s 4475V (i5￥|(Vcc*)-0.1V(Vct*|+0.1V
OPA735CMOS Vtt^-^-6V(l2V)(Vcc4-01V We卜1刖表1几种不同运算放大器的VICMR举例
值得一提的一种宽输入范围特例是轨到轨输入运算放大器”。尽管，顾名思义，它是一
种输入涵盖整个电源轨范围的运算放大器，但并非所有轨到轨输入器件都如许多人设想的那
样涵盖整个电源范围。许多轨到轨输入运算放大器的确涵盖了整个电源范围（例如：表1中的OPA333等），但有一些则没有全覆盖，而其描述对人具有一定的误导性。另外，检查产品说明书中的规定输入范围至关重要。
克服VICMR问题
在设计过程的后期，如果您发现您无法满足运算放大器的VICMR要求怎么办呢？可能其他一些参数会是您应用的理想选择，而要修改器件是一件十分困难的事情。一个或多个下列选项或许可以作为一种备选解决方案：
(a) 如果输入幅值过大，请使用一个电阻分压器来让信号维持在正确的VICMR范围内。
(b) 如果输入信号偏移存在问题，请尝试使用一个输入偏置或者DC偏移电路，以让输
入信号保持在规定的运算放大器VICMR范围内。
(c) 将器件改为轨到轨输入运算放大器，以满足所有其他要求。
二. 同相比例放大和反向比例放大的选择
1. 理想信号源的分类
1) 理想电压源信号：输入阻抗为0,输出恒定电压，输出电流取决于外电路
2) 理想电流源信号：输入阻抗无穷大，输出恒定电流，输出电压取决于外电路
对于实际信号源，由于其存在一定的内阻，其输出的电压和电流与电源内部与外部电路都有关系，但对于某种特定的信号来说，可以通过特性判断出其趋向与电压源或者电流源，才能选用相适应的放大电路
2. 放大电路的输入输出阻抗
1) 理想同向放大器
+ ^*4—*
Q—CTD --------- b
输入阻抗：Ri= 输出阻抗：Ro=0
2) 理想反向放大器
输入阻抗：Ri=R1
输出阻抗：Ro=0
3. 放大电路形式的选用与信号源的匹配关系
1) 对于反向放大器，为电压并联负反馈类型，在信号源越接近电流源时负反馈效果越明显，
在信号源为理想电压源时失去作用，因此反向放大器最适合与电流源信号。对于电压源信号，必须设法增大其内阻，使其接近电流源，R1应远大于信号源内阻，为减轻输出
级负载，R2应该远大于运放输出电阻
2) 对于同相放大器，为电压串联负反馈类型，在信号源越接近电压源时负反馈效果越明显，
在信号源为理想电流源是失去作用，因此反向放大器最适合与电压源信号。由于Vi本身就是电压源，R2应该越小越好，同理，为减轻输出级负载，（R1+R2）应该远大于运放输出电阻
4. 放大电路外接电阻的选用
总体原则：对于普通电阻，1K?10K是其抗干扰能力最强的范围。对于反馈电阻，如果取值过小，运放带载能力不够（一般运放带载必须大于1K）,无法提供足够大的电流，如
果取值过大，将引入过多的干扰信号
1）反向放大器
对于一般电压源，内阻Rs= （10?100）Q
对于一般运放，输入电阻RAi= （0.1?2）M Q,输出电阻RAo= （10?100）Q
一般选择R仁（10 ?20） k Q, R2=Af X R1 , R3=R1//R2
2）同相放大器
一般选择R1=100 Q?10k Q, R2= （1 ?10）k Q, R3=R1//R2
3）电阻精度选择
对于多级放大电路，每一级电阻选用的精度为m%，对本级来说，误差为2m%，对多级累计误差来说，是相加的关系，即2m%+2 n%+2p%...
运放的输出处理
1.限流
因为运放输出电流能力有限，对于单片机的AD 口，其输入电流的能力也有限，需要在运放输出端加限流电阻。
2.滤波
R的取值，根据运放供电电压的最大值端
口的输入电流限制（如果不清楚，一般取
（也就是运放能够输出的最大电压），以及MCU
10mA比较保险），两者相除进行确定。
OPD7-
时间常数=R X C,决定了滤波参数，其值越大，则截止频率越低，响应速度越慢，低频滤波性能越好。电容C选常用的容值0.1u, 1u, 4.7u, 10u, 47u, 100u系列，容值越高, 价格越贵，个头越大。需要根据信号特点综合考虑。
四.低通滤波器
R23
] 4 9857mV
71.4714mV*(l
)=7k4714*(l:+
当运放工作用于直流信号放大时，在反馈通路上增加电容的选择需要根据RC时间常数，反馈电阻的阻值综合考虑。
五.电源和地的滤波
C对放大倍数没有影响，C 3
lOu/^O V
VOUT
nV-900uA*lK=4.1V
5
104
AGMD
+5V
在对电源或者地增加 RC 滤波时，电容采取“一大一小”搭配，对高低频滤波性能最好。 RC 的选取同样根据时间常数来确定，但要注意，电源通过
R 流过电流产生压降，输入到运
放的电压并不完全等于电源电压， 这将影响到运放的输出。 需要根据手册中提供的运放工作 电流I ，电压
V 以及R 的值，来计算实际运放工作电压 V '如图所示
六. 单电源运放和双电源运放选用
1） 对于单电源运放，一般既可单电源工作也可双电源工作，对于双电源运放（如
OP07）,
原理上可以单电源供电，
但原则上最好不用单电源，
因为不是轨对轨（对于电源轨1.5V
多的摆幅），使得线性区间变的很小
2） 选择运放工作电压的时候，要考虑最大的输出，如果对于非
rail-to-rail 运放，其最大输 出电
压要低于电源电压 2V ，如果余量不够，将产生切顶失真
3） 当信号源以对地为参考时，单电源放大电路会承受很大的输入共模电压，电路中的输入
电压不是以电源中点 Vcc/2为参考，这与双电源运放不同（
GND 相当于Vcc 和-Vcc 的
中点），而是以低电源轨为参考。当输入信号为正时，电路是没法工作的，因为运放输 出没法为负电压。这个电路只能在很小的负电压输入限度内工作，因为当输入与其中一 个电源轨相近时，大多数运放都不能很好的工作。因此，对于单电源运放，这种直接的 反向比例放大电路往往是不可行的。
U7
IN-
I 72.^568mV gl
0.7854mV^(l+Rf *(1+90)=71.4714
lODu
131 4
3
IN+
g O
ou
AX4238
则如果对于一个简单的反向比例放大电路
, 作，输出反向即正电压。
5）
在便用单电源之后.输出电的极惟就受到限制。当电源电压心=时，输出电压就 披限制在0 V ol7r 10V 的范围内。当电.路使用正电源时，就不能输出负电压*但是，当电 路使用正电源时，我们井不排斥便用加输人电压口只要运放输入端上的电压不变员，这样的单 电源电路是可以接畫负电压输人的.
半用正（负）电源供电时、我们应该注意运放在负（正）输人电压下的提作、因为运族的 输人级对于反向电圧击穿是极为敏感的.此外*当输入电压和电源电压互为反概性的时僂*还 应该保证在所有可能的启动状态下都不会便运放输人端承受反向僞压的作用“ *
运放的输入引脚电压不能为负，但单电源运放可以处理负电压输入：
R P
5fikn AAAr
这个实例电路的最终电路方程是:
^=-5.56^+0.444
Vin=-0.1V ?-1V ，但由于 Vcc 的偏压，使得运放正向输入端引脚的电压大概为 10 x
2/302=65mV ，反向输入端的电压等同于正向输入端，不会产生负压。但是当
Vcc 关断而输
入电路存在一个负电压的时候，
大部分的负压将加到反向输入端上，
最保险的办法是增加一
个二极管加以钳位保护，此二极管要选择肖特基型，钳位电压 200mV 。
6）单电源运放输入举例：
单电源运放的输入往往可以在一个很小的负电压范围内正常工作，比如 MCP6002，其手册
上的共模输入范围为:
Common Mode InpU Range
V CMR
—
Woo + 03
V
其信号输入端电压可以在 -0.3V ?0V 之间正常工 Vcc=LOV
Ri
lOIdl
如图所示，
300k￡l
lotn
Dj
1
Vcc-lOV
O.O1 nF
Vcc
首先选择我们选择一个TLC2272运算放大器，并通过VCC = 10V为其供电。并且所得接近VCC输入限制估计为约9.2V。为了测试该电路，我们将VCC/2 = 5V DC偏移的300 Hz 正弦波应用于输入端。在VOUT出现变化以前，一直对AC幅值进行调节。当应用10 Vp-p 输入时：（请作答）
工
第二个例子中，我们在图3电压跟随器电路中使用一个TL971轨到轨输出运算放大器，
但其结果不同。这里，我们通过一个5V单电源为运算放大器供电，这样便得到VCC = 5V。由产品说明书规范可知，保证VICMR范围为1.15V到3.85V，即中间VCC/2大概为2.7 Vp-p。将一个1-kHz正弦波应用于2.5V的DC偏移。
随着VIN增加至约3.5 Vp-p （中间为2.5V），VOUT继续跟随VIN，并表现出正确的运算放大器行为。注意，该线性行为好于我们根据产品说明书限制做出的VICMR预计，但其
仍然超出了保证限制。
VIN稍稍增加至3.52 Vp-p，VOUT便开始在正（5V）和负（0V）轨附近呈现非线性行为（图5）。
VIN进一步增加至4.2 Vp-p，明显超出VICMR。由于输入峰值在正轨附近超出限制，因此其上跳至正轨（5V），并在VIN返回到某个可接受范围以前一直保持在该状态，最终VOUT信号出轨。
七.基于联立方程组的模拟放大电路设计
见《运算放大器权威指南》第四章、第五章。作为专题讨论。
八.
八.运放的放大倍数设计
1）对于单级运放来说，放大倍数最好控制在10?100倍，放大倍数太大，带宽会变窄，Rf 需要设计的很大，由失调电流引起的失调电压（乘积项）会显著增大，容易产生零位失
稳和自激振荡
2）总的放大倍数，要按照最大信号的电压值对应AD的满幅输入进行计算
3）
4）对于多级运放来说，假设每级噪声为Vn1, Vn2, Vn3，增益为A1, A2, A3。那么输出噪声为A1A2A3Vn1+A2A3Vn2+A3Vn3 。而信号增益为A1A2A3。对于噪声来说，A3越大, 输出噪声越
大。因此，在设计时，设计前级运放的放大倍数要比后级大一些，以提高信
噪比，且越是前级，越要选用高增益低噪音运放。越到后级，前级运放的偏置和信号噪音已经被前级放
大，对后级运放的参数可根据前级的放大比例进行适当放宽。
5）对于带宽来说，级数越多，带宽越降窄，如果是三级运放，每一级的带宽为B,则最终的
带宽约为0.51B
十.电压跟随器的反馈电阻
R1
R1二^SOURCE
电压跟随器的工作原理就是把输出电压全部反馈到输入负端，从输入正端输入信号，形
成增益为1的正向运算放大电路。反馈端串联电阻是为了抵消信号源的内阻，使负输入端偏置电流（Bias current）在反馈电阻上产生的偏移电压，抵消掉正输入端偏置电流在信号源内阻上产生的偏移电压，从而使运放的工作更对称。电阻上并连的电容是用于改善频率特性
或使电路工作稳定的。信号源内阻较大时，添加阻值与信号源内阻相同的反馈电阻，可以减少输出失调电压，提高跟随精度。
十一.
十二. 运放Vos和lb的计算和选择
这两个参数对于直流信号放大电路来说至关重要，如果没有进行计算或者选择合理的运
放参数，将导致设计失效。
对于Vos和lb，对于所在一级的运放来说，要根据最小输入信号的电流和电压进行估算，设当前级最小信号的电流为I，电压为V，则必须保证I v Ib, V v Vos, 一般来说，至
少应该在小于1/2数量级，最好能够小一个数量级（0.1倍）,否则最小信号将淹没在运放的失调和偏置中，无法得到测量。每放大一级，信号乘以相应的放大倍数输出到下一级，对下一级运放来说，Vos和Ib可以得到放大，因此越到放大后级，指标的选取可以根据计算来适当放松。
实验五集成运算放大器的基本应用共7页文档
实验五集成运算放大器的基本应用(I) ─模拟运算电路─ 一、实验目的 1、了解和掌握集成运算放大器的功能、引脚 2、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。 3、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。 理想运算放大器特性 在大多数情况下，将运放视为理想运放，就是将运放的各项技术指标理想化，满足下列条件的运算放大器称为理想运放。 开环电压增益A =∞ ud =∞ 输入阻抗r i =0 输出阻抗r o 带宽 f =∞ BW 失调与漂移均为零等。 理想运放在线性应用时的两个重要特性：
（1）输出电压U O 与输入电压之间满足关系式 U O ＝A ud （U +－U －） 由于A ud =∞，而U O 为有限值，因此，U +－U －≈0。即U +≈U －，称为“虚短”。 （2）由于r i =∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即I IB ＝0，称为“虚断”。这说明运放对其前级吸取电流极小。 上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。 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 为了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 。 图8－1 反相比例运算电路 图8－2 反相加法运算电路 2) 反相加法电路 电路如图8－2所示，输出电压与输入电压之间的关系为 )U R R U R R ( U i22 F i11F O +-= 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 1 F O U R R U - =
集成运算放大器实验报告
集成运算放大器实验报告 2.4.1 比例、加减运算电路设计与实验 由运放构成的比例、求和电路，实际是利用运放在线性应用时具有“虚短”、“虚断”的特点，通过调节电路的负反馈深度，实现特定的电路功能。 一、实验目的 1．掌握常用集成运放组成的比例放大电路的基本设计方法； 2．掌握各种求和电路的设计方法； 3．熟悉比例放大电路、求和电路的调试及测量方法。 二、实验仪器及备用元器件 （1）实验仪器 （2）实验备用器件 三、电路原理 集成运算放大器，配备很小的几个外接电阻，可以构成各种比例运算电路和求和电路。 图2.4.3（a ）示出了典型的反相比例运算电路。依据负反馈理论和理想运放的“虚短”、“虚断”的概念，不难求出输出输入电压之间的关系为 1 f o i i R A R υυυυ==- 2.4.1 式中的“-”号说明电路具有倒相的功能，即输出输入的相位相反。当1f R R =时，o i υυ=-，电路成为反相器。合理选择1f R R 、的比值，可以获得不同比例的放大功能。反相比例运算电路的共模输入电压很小，带负载能力很强，不足之处是它的输入电阻为1i R R =，其值不够高。为了保证电路的运算精度，除了设计时要选择高精度运放外，还要选择稳定性好的电阻器，而且电阻的取值既不能太大、也不能太小，一般在几十千欧到几百千欧。为了使 电路的结构对称，运放的反相等效输入电阻应等于同相等效输入电阻，R R +-=,图2.4.3（a ）中，应为1//P f R R R =， 电阻称之为平衡电阻。
(a) 反相比例运算电路 (b) 同相比例运算电路 图2.4.3 典型的比例运算电路 图2.4.3（b ）示出了典型的同相比例运算电路。其输出输入电压之间的关系为 1 (1)f o i i R A R υυυυ==+ 2.4.2 由该式知，当0f R =时，o i υυ=，电路构成了同相电压跟随器。同相比例运算电路的最大特点是输入电阻很大、输出电阻很小，常被作为系统电路的缓冲级或隔离级。同样，为了保证电路的运算精度，要选择高精度运放和稳定性好的电阻器，而且电阻的取值一般在几十千欧到几百千欧。为了使电路的结构对称，同样应满足1//P f R R R =。 图2.4.4（a ）为典型的反相求和电路，利用叠加原理和线性运放电路“虚短”、“虚断”的概念可以求得 121 2 ( )f f o i i R R R R υυυ=-+ 2.4.3 当满足12R R R ==时，输出电压为 12()f o i i R R υυυ=- + 2.4.4 实现比例求和功能。当满足12f R R R ==时，，输出电压为 12()o i i υυυ=-+ 2.4.5 实现了两个信号的相加运算。电路同样要求12////P f R R R R =。该电路的性能特点与反相运算电路相同。 (a) 反相求和运算电路 (b) 同相求和运算电路 图2.4.4 典型的求和运算电路 同理，对于图2.4.4（b ）所示的同相求和电路，当电路满足12////f R R R R =的条件下，可以得到输出电压为 121 2 f f o i i R R R R υυυ= + 2.4.6
集成运算放大器的基本应用
实验十一 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、实验原理 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 F O U R R U 1 - = （11-1） U i O 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R2=R1∥R F ，此处为了简化电路，我们选取R2=10K 。
2、反相加法电路 U O U 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 )( 22 11i F i F O U R R U 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 F O 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R2=R F ，用以减小漂移和起保护作用。一般RF 取10K Ω，R F 太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。 (a)同相比例运算 (b)电压跟随器 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=R F 时，有如下关系式： )(1 120i i U U R RF U -= （11-4）
运算放大器应用设计的技巧总结
运算放大器应用设计的几个技巧 一、如何实现微弱信号放大？ 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，在这种应用中，一个典型的问题是传感器提供的电流非常低，在这种情况下，如何完成信号放大？张世龙指出，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。他表示，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。另外同步解调需选用双路的SPDT模拟开关。 另有工程师朋友建议，在运放、电容、电阻的选择和布板时，要特别注意选择高阻抗、低噪声运算和低噪声电阻。有网友对这类问题的解决也进行了补充，如网友“1sword”建议： 1)电路设计时注意平衡的处理，尽量平衡，对于抑制干扰有效，这些在美国国家半导体、BB(已被TI收购)、ADI等公司关于运放的设计手册中均可以查到。 2)推荐加金属屏蔽罩，将微弱信号部分罩起来(开个小模具)，金属体接电路地，可以大大改善电路抗干扰能力。 3)对于传感器输出的nA?级，选择输入电流pA?级的运放即可。如果对速度没有多大的要求，运放也不贵。仪表放大器当然最好了，就是成本高些。 4)若选用非仪表运放，反馈电阻就不要太大了，M欧级好一些。否则对电阻要求比较高。后级再进行2级放大，中间加入简单的高通电路，抑制50Hz干扰。 二、运算放大器的偏置设置 在双电源运放在接成单电源电路时，工程师朋友在偏置电压的设置方面会遇到一些两难选择，比如作为偏置的直流电压是用电阻分压好还是接参考电压源好？有的网友建议用参考电压源，理由是精度高，此外还能提供较低的交流旁路，有的网友建议用电阻，理由是成本低而且方便，对此，张世龙没有特别指出用何种方式，只是强调双电源运放改成单电源电路时，如果采用基准电压的话，效果最好。这种基准电压使系统设计得到最小的噪声和最高的PSRR。但若采用电阻分压方式，必须考虑电源纹波对系统的影响，这种用法噪声比较高，PSRR比较低。 三、如何解决运算放大器的零漂问题？ 有网友指出，一般压电加速度传感器会接一级电荷放大器来实现电荷——电压转换，可是在传感器动态工作时，电荷放大器的输出电压会有不归零的现象发生，如何解决这个问题？ 对此，网友“Frank”分析道，有几种可能性会导致零漂：1)反馈电容ESR特性不好，随电荷量的变化而变化；2)反馈电容两端未并上电阻，为了放大器的工作稳定，减少零漂，在反馈电容两端并上电阻，形成直流负反馈可以稳定放大器的直流工作点；3)可能挑选的运算放大器的输入阻抗不够高，造成电荷泄露，导致零漂。 网友“camel”和“windman”还从数学分析的角度对造成零漂的原因进行了详细分析，认为除了使干扰源漂移小以外还必须使传感器、缆线电阻要大，运放的开环输入阻抗要高、运放的反馈电阻要小，即反馈电阻的作用是为了防止漂移，稳定直流工作点。但是反馈电阻太小的话，也会影响到放大器的频率下限。所以必须综合考虑！ 而嘉宾张世龙则建议，对于电荷放大器输出电压不归零的现象，一般采用如下办法来解决： 1)采用开关电容电路的技巧，使用CDS采样方式可以有效消除offset电压；2)采用同步检测电路结构，可以有效消除offset电压。
运算放大器的典型应用
Op Amp Circuit Collection AN-31
Practical Differentiator f c e 1 2q R2C1 f h e 1 2q R1C1 e 1 2q R2C2 f c m f h m f unity gain TL H 7057–9 Integrator V OUT e b 1 R1C1 t2 t1 V IN dt f c e 1 2q R1C1 R1e R2 For minimum offset error due to input bias current TL H 7057–10 Fast Integrator TL H 7057–11Current to Voltage Converter V OUT e l IN R1 For minimum error due to bias current R2e R1 TL H 7057–12 Circuit for Operating the LM101 without a Negative Supply TL H 7057–13Circuit for Generating the Second Positive Voltage TL H 7057–14
Neutralizing Input Capacitance to Optimize Response Time C N s R1 R2 C S TL H 7057–15 Integrator with Bias Current Compensation Adjust for zero integrator drift Current drift typically0 1 n A C over b55 C to125 C temperature range TL H 7057–16 Voltage Comparator for Driving DTL or TTL Integrated Circuits TL H 7057–17 Threshold Detector for Photodiodes TL H 7057–18 Double-Ended Limit Detector V OUT e4 6V for V LT s V IN s V UT V OUT e0V for V IN k V LT or V IN l V UT TL H 7057–19 Multiple Aperture Window Discriminator TL H 7057–20
运算放大器的电路仿真设计
运算放大器的电路仿真设计 一、电路课程设计目的 错误!深入理解运算放大器电路模型,了解典型运算放大器的功能,并仿真实现它的功能; 错误!掌握理想运算放大器的特点及分析方法(主要运用节点电压法分析）； ○3熟悉掌握Muｌtisiｍ软件。 二、实验原理说明 （1）运算放大器是一种体积很小的集成电路元件,它包括输入端和输出端。它的类型包括:反向比例放大器、加法器、积分器、微分器、电 压跟随器、电源变换器等. （2） (３)理想运放的特点:根据理想运放的特点,可以得到两条原则： (a）“虚断”:由于理想运放,故输入端口的电流约为零，可近似视为断路,称为“虚断”。 （b)“虚短”:由于理想运放Ａ,，即两输入端间电压约为零,可近似视为短路,称为“虚短”. 已知下图，求输出电压。
理论分析: 由题意可得:(列节点方程) 011(1)822A U U +-= 0111 ()0422 B U U +-= A B U U = 解得: 三、 电路设计内容与步骤 如上图所示设计仿真电路. 仿真电路图：
V18mV R11Ω R22Ω R32Ω R44Ω U2 DC 10MOhm 0.016 V + - U3 OPAMP_3T_VIRTUAL U1 DC 10MOhm 0.011 V + - 根据电压表的读数,， 与理论结果相同． 但在试验中，要注意把电压调成毫伏级别，否则结果误差会很大, 致结果没有任何意义。如图所示,电压单位为伏时的仿真结 果:V18 V R11Ω R22Ω R32Ω R44Ω U2 DC 10MOhm 6.458 V + - U3 OPAMP_3T_VIRTUAL U1 DC 10MOhm 4.305 V + - ，与理论结果相差甚远。 四、 实验注意事项 1)注意仿真中的运算放大器一般是上正下负,而我们常见的运放是上负下正,在仿真过程中要注意。
集成运算放大器的基本应用
第7章集成运算放大器的基本应用 7.1 集成运算放大器的线性应用 7.1.1 比例运算电路 7.1.2 加法运算电路 7.1.3 减法运算电路 7.1.4 积分运算电路 7.1.5 微分运算电路 7.1.6 电压—电流转换电路 7.1.7 电流—电压转换电路 7.1.8 有源滤波器 *7.1.9 精密整流电路 7.2 集成运放的非线性应用 7.2.1 单门限电压比较器 7.2.2 滞回电压比较器 7.3 集成运放的使用常识 7.3.1 合理选用集成运放型号 7.3.2 集成运放的引脚功能 7.3.3 消振和调零 7.3.4 保护 本章重点: 1. 集成运算放大器的线性应用：比例运算电路、加减法运算电路、积分微分运算电路、一阶有源滤波器、二阶有源滤波器 2. 集成运算放大器的非线性应用：单门限电压比较器、滞回比较器 本章难点: 1. 虚断和虚短概念的灵活应用 2. 集成运算放大器的非线性应用 3. 集成运算放大器的组成与调试 集成运算放大器(简称集成运放)在科技领域得到广泛的应用，形成了各种各样的应用电路。从其功能上来分，可分为信号运算电路、信号处理电路和信号产生电路。从本章开始和以后的相关章节分别介绍它们的应用。 7.1 集成运算放大器的线性应用
集成运算放大器的线性应用 7.1.1 比例运算电路 1. 同相比例运算电路 (点击查看大图)反馈方式：电压串联负反馈 因为有负反馈，利用虚短和虚断 虚短: u-= u+= u i
虚断: i +=i i- =0 ， i 1 =i f 电压放大倍数: 平衡电阻R=R f//R1 2. 反相比例运算 (点击查看大图)反馈方式：电压并联负反馈 因为有负反馈，利用虚短和虚断 i - =i+= 0（虚断） u + =0，u－=u+=0（虚地） i 1 =i f 电压放大倍数:
集成运算放大器(总结)
集成运算放大器 一、集成运放的结构框图 零点漂移是指将直流放大器输入端对地短路，使之处于静态状态时，在输出仍然会出现不规则变化的电压。 造成零漂的原因是电源电压的波动和三极管参数随温度的变化，其中温度变化是产生零漂的最主要原因。 二、理想运放工作在线性区的特点 在集成运放的各种应用中，其工作范围有两种，即工作在线性区和非线性区。若运放在开环状态和引入正反馈时，它就工作在非线性区；要使运放工作在线性区，则必须引入负反馈。运算电路中的集成运放都是闭环使用的，引入了深度负反馈，也就是工作在线性区。 1、理想运放在线性区具有以下特点： （1）v I+=v I- 虚短 v I+=v I-=0 虚地 i I+=i I- =0 虚断 (2) “虚短”和“虚断”是理想运放工作在线性区的两个重要结论，也是今后分析集成运放线性应用电路的重要依据。 三、反馈类型的判断 （1）负反馈放大器的四种组态 电压串联负反馈、电压并联负反馈、电流串联负反馈、电流并联负反馈（2）正反馈和负反馈的判定 反馈回到反相输入端的是负反馈； 反馈回到同相输入端的是正反馈 （3）电压反馈和电流反馈的判定 反馈电阻跟Vo接在同一端的是电压反馈，不接在同一端的是电流反馈。 （4）串联反馈和并联反馈的判定 反馈电阻跟Vi接在同一端的是并联反馈，不接在同一端的是串联反馈。 四、集成运算放大器线性应用电路 （一）反相输入比例运算电路（反相放大器）
电压并联负反馈 R 2=R l ∥R f= f f R R R R +11 （二）同相输入比例运算电路（同相放大器） 电压串联负反馈 R 2=R l ∥R f=f f R R R R +11 （三）减法比例运算电路（差分放大器） 电压负反馈
运算放大器。ic设计
IC课程设计论文题目：运算放大器电路的设计
2012/1/5 摘要 本次课程设计主要内容为：利用MOS管设计一个运算放大器。放大器具有放大小信号并抑制共模信号的功能。首先从放大器理论参数及结构下手，然后经过Hspice网表的生成及仿真调整最后得到满足参数要求的MOS管设定。 关键词：运算放大器，共模电压，电压摆幅，功耗电流 Hspice仿真，增益带宽
ABSTRACT The main content of course design for: use the design a MOS operational amplifier. Amplifier has put size and control signal common mode signal function. Starting from the first amplifier parameters and structure theory laid a hand on him, and then after the formation of the Hspice nets table and adjust the final simulation parameters of the requirements to meet the MOS set. K eywords: operational amplifier ，common-mode voltage ，voltage swing current consumption ，Hspice simulation ，Gain bandwidth
集成运放基本应用之一—模拟运算电路
集成运放基本应用之一—模拟运算电路
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实验十二集成运放基本应用之一——模拟运算电路 一、实验目的 1、了解并掌握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原理与功能。 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。 理想运算放大器特性： 在大多数情况下，将运放视为理想运放，就是将运放的各项技术指标理想化，满足下列条件的运算放大器称为理想运放： 开环电压增益A ud=∞ 输入阻抗r i=∞ 输出阻抗r o=0 带宽f BW=∞ 失调与漂移均为零等。 理想运放在线性应用时的两个重要特性： （1）输出电压U O与输入电压之间满足关系式 U O＝A ud（U+－U－） 由于A ud=∞，而U O为有限值，因此，U+－U－≈0。即U+≈U－，称为“虚短”。
（2）由于r i =∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即I IB ＝0，称为“虚断”。这说明运放对其前级吸取电流极小。 上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。 基本运算电路 1) 反相比例运算电路 电路如图5－1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 为了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 。 图5－1 反相比例运算电路 图5－2 反相加法运算电路 2) 反相加法电路 电路如图5－2所示，输出电压与输入电压之间的关系为 )U R R U R R ( U i22 F i11F O +-= R 3＝R 1 / R 2 // R F 3) 同相比例运算电路 图5－3(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 1 F O )U R R (1U + = R 2＝R 1 / R F 当R 1→∞时，U O ＝U i ，即得到如图5－3(b)所示的电压跟随器。图中R 2＝R F ， i 1 F O U R R U -=
运算放大器知识点总结
u o t u u i1 i2运算放大器知识点总结 1、 部分组成 偏置电路，输入级，中间级，输出级。 2、零点漂移： （1）表现： 输入u i =0时，输出有缓慢变化的电压产生。 （2）原因： 由温度变化引起的。当温度变化使第一级放大器的静态工作点发生微小变化时，这种变化量会被后面的电路逐级放大，最终在输出端产生较大的电压漂移。因而零点漂移也叫温漂。 （3）衡量方法： 将输出漂移电压按电压增益折算到输入端计算。 例如 100,=u1A 100=u2A 10000=u A 如果输入等效为100uV ，漂移为1V 。 （4）减小漂移的措施： 采用差动放大电路 采用温度补偿，非线性元件 3、差动放大电路 运放的输入级一般采用差动放大电路。 差动放大电路又称差分放大电路，它的输出电压与两个输入电压之差成正比。它能较好地克服直接耦合放大器的零点漂移问题，是集成运算放大器的基本组成单元。 结构如右图： （1）对称性结构 β1=β2=β U BE1=U BE2= U BE r be1= r be2= r be R C1=R C2= R C R b1=R b2= R b （2）信号分类 差模信号：i2i1id =u u u - o u V CC V EE o u V CC V EE
i2 u EE 共模信号：) ( 2 1 = i2 i1 ic u u u+ 差模电压增益： id od ud = u u A 共模电压增益： ic oc uc = u u A 总输出电压： ic uc id ud oc od o =u A u A u u u+ = + 2 1 1 EE AB R R R V U + = 3 AB C3 V 7.0 R U I - = 2 C3 C2 C1 I I I= = ②动态 恒流源等效电阻：) // 1( 3 2 1 be3 3 ce R R R r R r R + + + = β 等效 ，且 2 1 2 1 2 1 // R R R R R R + ? = （5）差动放大器输入、输出方式的接法 u i1=u i2 =u ic，u id=0 设u i1 ↑，u i2↑ →u o1↓，u o2↓。 因u i1 = u i2， →u o1 = u o2 → u o= 0 (理想化) 共模电压放大倍数A UC=0 i2 i1 u
集成运算放大器
成绩评定表
课程设计任务书
摘要 本设计是根据要求进行的集成运算放大器的设计，用Protel软件设计实验电路，并绘制出PCB电路板，根据电路图对设计进行制作，最后进行调试测试。通过对Protel软件的学习与应用，加深对相关原理的理解，并对protel软件有初步的认识和一定的操作能力，为后续相关课程和相关软件的学习与应用打下坚实的基础。并根据通信电子线路所学的知识，掌握电路设计，熟悉电路的制作，运用所学理论和方法进行一次综合性设计训练，从而培养独立分析问题和解决问题的能力。根据相关课题的具体要求，按照指导老师的指导，进行具体项目的设计，提高自己的动手能力和综合水平。 本设计采用LM324芯片，它是一个四运算放大器的基本电路，在四运算放大器电路中起到了至关重要的作用。通过LM324芯片与其他相关电子元件的组合，画出调制与解调电路图，并完成PCB电路的绘制，完成课题的设计，可以算是对自我综合能力的一次有益尝试。 关键字：Protel、PCB、LM324、四运算放大器
目录 1 Protel的简要介绍 (5) 1.1 Protel的发展历史 (5) 1.2 Protel99SE简介 (5) 2 设计任务及要求 (6) 2.1设计任务 (6) 2.2设计要求 (6) 3 电路原理介绍 (7) 3.1 反向运算放大器 (7) 3.2 反向加法器 (7) 3.3 差动运算放大器 (7) 3.4积分器电路 (8) 4 原理图设计 (10) 4.1电路元件明细表 (10) 4.2 绘制原理图 (10) 4.3 元件生成清单 (12) 5 印刷版图的绘制 (12) 5.1 准备电路原理图和网络表 (12) 5.2 创建PCB文件以及网络表的装入 (15) 5.3 元件的布局以及印刷板的布线 (15) 6收获和体会 (16) 7 主要参考文献 (17)
集成运算放大器的基本应用
实验名称 集成运算放大器的基本应用 一.实验目的 1.掌握集成运算放大器的正确使用方法。 2.掌握用集成运算放大器构成各种基本运算电路的方法。 3.学习正确使用示波器交流输入方式和直流输入方式观察波形的方法，重点掌握积分输入，输出波形的测量和描绘方法。 二.实验元器件 集成运算放大器 LM324 1片 电位器 1k Ω 1只 电阻 100k Ω 2只；10k Ω 3只；5.1k Ω 1只；9k Ω 1只 电容 0.01μf 1只 三、预习要求 1.复习由运算放大器组成的反相比例、反相加法、减法、比例积分运算电路的工作原理。 2.写出上述四种运算电路的vi 、vo 关系表达式。 3.实验前计算好实验内容中得有关理论值，以便与实验测量结果作比较。 4.自拟实验数据表格。 四.实验原理及参考电路 本实验采用LM324集成运算放大器和外接电阻、电容等构成基本运算电路。 1. 反向比例运算 反向比例运算电路如图1所示，设组件LM324为理想器件，则 11 0υυR R f -=
R f 100k R 1 10k A 10k R L v o v 1 R 9k 图1 其输入电阻1R R if ≈，图中1//R R R f ='。 由上式可知，改变电阻f R 和1R 的比值，就改变了运算放大器的闭环增益vf A 。 在选择电路参数是应考虑： ○ 1根据增益，确定f R 与1R 的比值，因为 1 R R A f vf - = 所以，在具体确定f R 和1R 的比值时应考虑；若f R 太大，则1R 亦大，这样容易引起较大的失调温漂；若f R 太小，则1R 亦小，输入电阻if R 也小，可能满足不了高输入阻抗的要求，故一般取f R 为几十千欧至几百千欧。 若对放大器输入电阻有要求，则可根据1R R i =先确定1R ，再求f R 。 ○ 2运算放大器同相输入端外接电阻R '是直流补偿电阻，可减小运算放大器偏执电流产生的不良影响，一般取1//R R R f ='，由于反向比例运算电路属于电压并联负反馈，其输入、输出阻抗均较低。 本次试验中所选用电阻在电路图中已给出。 2. 反向比例加法运算 反向比例加法运算电路如图2所示，当运算放大器开环增益足够大时，其输入端为“虚地”，11v 和12v 均可通过1R 、2R 转换成电流，实现代数相加，其输出电压 ??? ??+-=122111 v R R v R R v f f o 当R R R ==21时 ()1211v v R R v f o +- = 为保证运算精度，除尽量选用精度高的集成运算放大器外，还应精心挑选精度高、稳定性好的电阻。f R 与R 的取值范围可参照反比例运算电路的选取范围。 同理，图中的21////R R R R f ='。
2016东南大学模电实验1运算放大器的基本应用
东南大学电工电子实验中心 实验报告 课程名称：模拟电子电路实验 第 1 次实验 实验名称：运算放大器的基本应用 院（系）：吴健雄学院专业：电类强化班 姓名：学号： 610142 实验室:实验组别： 同组人员：实验时间：2016年4月10日 评定成绩：审阅教师： 一、实验目的 1.熟练掌握反相比例、同相比例、加法、减法等电路的设计方法； 2.熟练掌握运算放大电路的故障检查和排除方法； 3.了解运算放大器的主要直流参数（输入失调电压、输入偏置电流、输入 失调电流、温度漂移、共模抑制比，开环差模电压增益、差模输入电阻、输出电阻等）、交流参数（增益带宽积、转换速率等）和极限参数（大差模输入电压、大共模输入电压、大输出电流、大电源电压等）的基本概念； 4.熟练掌握运算放大电路的增益、幅频特性、传输特性曲线的测量方法；
5.掌握搭接放大器的方法及使用示波器测量输出波形。 二、预习思考 1.查阅 LM324 运放的数据手册，自拟表格记录相关的直流参数、交流参数 和极限参数，解释参数含义。
2.设计一个反相比例放大器，要求：|AV|=10，Ri>10K?，RF=100 k?，并用 multisim 仿真。 其中分压电路由100k?的电位器提供，与之串联的510?电阻起限流的作用。 3.设计一个同相比例放大器，要求：|AV|=11，Ri>10K?，RF=100 k?，并用 multisim 仿真。
三、 实验内容 1. 基本要求 内容一： 反相输入比例运算电路各项参数测量实验（预习时，查阅 LM324 运放的数据手册，自拟表格记录相关的直流参数、交流参数和极限参数，解释参数含义）。 图 1.1 反相输入比例运算电路 LM324 管脚图 1) 图 1.1 中电源电压±15V ，R1=10k Ω，RF=100 k Ω，RL ＝100 k Ω，RP ＝10k//100k Ω。按图连接电路，输入直流信号 Ui 分别为－2V 、－0.5V 、0.5V 、2V ，用万用表测量对应不同 Ui 时的 Uo 值，列表计算 Au 并和理论值相比较。其中 Ui 通过电阻分压电路产生。 Ui/V Uo/V Au 测量值 理论值 -2 13.365 -6.6825 \
基于Spectre运算放大器的设计
《集成电路CAD》课程设计报告 课题：基于Spectre运算放大器的设计 一：课程设计目标及任务 利用Cadence软件设计使用差分放大器，设计其原理图，并画出其版图，模拟器各项性能指标，修改宽长比，使其最优化。 二：运算放大器概况 运算放大器（operational amplifier），简称运放（OPA），如图1.1所示： 图1.1运放示意图 运算放大器最早被设计出来的目的是将电压类比成数字，用来进行加、减、乘、除的运算，同时也成为实现模拟计算机的基本建构方块。然而，理想运算放大器的在电路系统设计上的用途却远远超过加减乘除的计算。今日的运算放大器，无论是使用晶体管或真空管、分立式元件或集成电路元件，运算放大器的效能都已经接近理想运算放大器的要求。早期的运算放大器是使用真空管设计的，现在多半是集成电路式的元件。但是如果系统对于放大器的需求超出集成电路放大器的需求时，常常会利用分立式元件来实现这些特殊规格的运算放大器。 三：原理图的绘制及仿真
3.1原理图的绘制 首先在Cadence电路编辑器界面绘制原理图如下： 图3.1电路原理图 原理图中MOS管的参数如下表： Instance name Model W/m L/m Multiplier Library Cell name View name M1 nmosl 800n 500n 1 Gpdk180 nmos symbol M2 nmosl 800n 500n 1 Gpdk180 nmos symbol M3 pmosl 1.1u 550n 1 Gpdk180 pmos symbol M4 pmosl 1.1u 550n 1 Gpdk180 pmos symbol M5 nmosl 800n 500n 1 Gpdk180 nmos symbol
运算放大器总结
运算放大器的原理 运放如上图有两个输入端a,b和一个输出端o.也称为倒向输入端(反相输入端),非倒向输入端(同相输入端)和输出端.当电压加U-加在a端和公共端(公共端是电压的零位,它相当于电路中的参考结点.)之间, 且其实际方向从a 端指向公共端时,输出电压U实际方向则自公共端指向o端,即两者的方向正好相反.当输入电压U+加在b端和公共端之间,U与U+两者的实际方向相对公共端恰好相同.为了区别起见,a端和b 端分别用"-"和"+"号标出,但不要将它们误认为电压参考方向的正负极性.电压的正负极性应另外标出或用箭头表示.反转放大器和非反转放大器如下图： 一般可将运放简单地视为：具有一个信号输出端口（Out）和同相、反相两个高阻抗输入端的高增益直接耦合电压放大单元，因此可采用运放制作同相、反相及差分放大器。 运放的供电方式分双电源供电与单电源供电两种。对于双电源供电运放，其输出可在零电压两侧变化，在差动输入电压为零时输出也可置零。采用单电源供电的运放，输出在电源与地之间的某一范围变化。 运放的输入电位通常要求高于负电源某一数值，而低于正电源某一数值。经过特殊设计的运放可以允许输入电位在从负电源到正电源的整个区间变化，甚至稍微高于正电源或稍微低于负电源也被允许。这种运放称为轨到轨（rail-to-rail）输入运算放大器。 运算放大器的输出信号与两个输入端的信号电压差成正比，在音频段有：输出电压=A0（E1-E2）， 反相端的输入信号电压。 运算放大器的历史 直流放大电路在工业技术领域中，特别是在一些测量仪器和自动化控制系统中应用非常广泛。如在一些自动控制系统中，首先要把被控制的非电量（如温度、转速、压力、流量、照度等）用传感器转换为电信号，再与给定量比较，得到一个微弱的偏差信号。因为这个微弱的偏差信号的幅度和功率均不足以推动显示或者执行机构，所以需要把这个偏差信号放大到需要的程度，再去推动执行机构或送到仪表中去显示，从而达到自动控制和测量的目的。因为被放大的信号多数变化比较缓慢的直流信号，分析交流信号放大的放大器由于存在电容器这样的元件，不能有效地耦合这样的信号，所以也就不能实现对这样信号的放大。能够有效地放大缓慢变化的直流信号的最常用的器件是运算放大器。运算放大器最早被发明作为模拟信号的运算（实现加减乘除比例微分积分等）单元，是模拟电子计算机的基本组成部件，由真空电子管组成。目前所用的运算放大器，是把多个晶体管组成的直接耦合的具有高放大倍数的电路，集成在一块微小的硅片上。 第一块集成运放电路是美国仙童（fairchild）公司发明的μA741，在60年代后期广泛流行。直到今天μA741仍然是各大学电子工程系中讲解运放原理的典型教材。 运放的工艺技术
运算放大器应用电路的设计与制作
运算放大器应用电路的设计与制作 运算放大器 1.原理 运算放大器是目前应用最广泛的一种器件,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。 运算放大器一般由4个部分组成，偏置电路，输入级，中间级，输出级。 图1运算放大器的特性曲线 图2运算放大器输入输出端图示 图1是运算放大器的特性曲线，一般用到的只是曲线中的线性部分。如图2所示。U -对应的端子为“-”，当输入U -单独加于该端子时，输出电压与输入电压U -反相，故称它为反相输入端。U +对应的端子为“＋”，当输入U +单独由该端加入时，输出电压与U +同相，故称它为同相输入端。 输出：U 0= A(U +-U -) ； A 称为运算放大器的开环增益（开环电压放大倍数）。 在实际运用经常将运放理想化，这是由于一般说来，运放的输入电阻很大，开环增益也很大，输出电阻很小，可以将之视为理想化的，这样就能得到:开环电压增益A ud =∞；输入阻抗r i =∞；输出阻抗r o =0；带宽f BW =∞；失调与漂移均为零等理想化参数。 理想运放在线性应用时的两个重要特性 输出电压U O 与输入电压之间满足关系式：U O ＝A ud （U +－U －）,由于A ud =∞，而U O 为有限值，因此，U +－U －≈0。即U +≈U －，称为“虚短”。 由于r i =∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即I IB ＝0，称为“虚断”,这说明运放对其前级吸取电流极小。
上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。 运算放大器的应用 (1)比例电路 所谓的比例电路就是将输入信号按比例放大的电路，比例电路又分为反向比例电路、同相比例电路、差动比例电路。 (a) 反向比例电路 反向比例电路如图3所示，输入信号加入反相输入端: 图3反向比例电路电路图 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： 为了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 ’＝R 1 // R F 。 输出电压U 0与输入电压U i 称比例关系，方向相反，改变比例系数，即改变两个电阻的阻值就可以改变输出电压的值。反向比例电路对于输入信号的负载能力有一定的要求。 (b) 同向比例电路 同向比例电路如图4所示，跟反向比例电路本质上差不多，除了同向接地的一段是反向输入端: 图4 同相比例电路电路图 i 1 f O U R R U -=
集成运算放大器的应用实验报告
集成运算放大器的应用实验报告 一、实验目的 1. 了解运算放大器的特性和基本运算电路的组成； 2. 掌握运算电路的参数计算和性能测试方法。 二、实验仪器及器件 1 .数字示波器； 2. 直流稳压电源； 3. 函数信号发生器； 4. 数字电路实验箱或实验电路板； 5. 数字万用表； 6. 集成电路芯片UA741 2块、电容个，各个阻值的电阻若干个。 三、实验内容 1、在面包板上搭接卩A741的电路。首先将+12V和-12V直流电压正确接入卩A741的Vcc+（7脚）和Vcc- （4脚）。 2、用卩A741组成反比例放大电路，放大倍数自定，用示波器观察输入和输出波形，测量放大器的电压放大倍数。 3、用卩A741组成积分电路，用示波器观察输入和输出波形，并做好记录。 四、实验原理 （1）集成运放简介 集成电路运算放大器（简称集成运放或运放）是一个集成的高
增益直接耦合放大器，通过外接反馈网络可构成 各种运算放大电路和 其它应用电路。集成运放uA741 的 引脚图下图所示 uA741电路符号及引脚图 任何一个集成运放都有两个输入端，一个输出端以及正、负电源端，有的品种还有补偿端和调零端等。 (a)电源端：通常由正、负双电源供电，典型电源电压为土15V、±12V等。如：uA741的7脚和4脚。 (b)输出端：只有一个输出端。在输出端和地(正、负电源公共端) 之间获得输出电压。如：uA741的6脚。最大输出电压受运放所接电源的电压大小限制，一般比电源电压低1?2V;输出电压的正负也受电源极性的限制；在允许输出电流条件下，负载变化时输出电压几乎不变。这表明集成运放的输出电阻很小，带负载能力较强。 (c)输入端：分别为同相输入端和反相输入端。如：uA741的3脚和2脚。输入端有两个参数需要注意：最大差模输入电压V id max和最大共模输入电压V ic max 。 两输入端电位差称为“差模输入电压” V id ：V id V V 。两输入端电 位的平均值，称为“共模输入电压”V ic ： 任何一个集成运放，允许承受的V d max和V c max都有一定限制。两输入端的输入电流i + 和i - 很小，通常小于1?A ，所以集成运放的输入电阻很大。 (2)集成运放的主要参数
基于运算放大器的正弦波发生器
目录 第1章摘要 (2) 第2章设计目的及设计要求 (2) 第3章基本原理 (2) 3.1 基本文氏振荡器 (2) 3.2 振荡条件 (3) 3.3 振荡频率与振荡波形 (5) 第4章参数设计及运算 (6) 4.1 器件选择 (6) 4.2 参数计算 (6) 4.3 波形仿真图 (9) 第5章结论及误差分析 (13) 心得体会 (14) 参考文献 (15)
第1章摘要 本文中介绍了一种基于运算放大器的文氏电桥正弦波发生器。经测试，该发生器能产生频率为100-1000Hz的正弦波，且能在较小的误差范围内将振幅限制在2.5V以内，通过电位器的调节使频率在100HZ-1000HZ内变化。 无论是从数学意义上还是从实际的意义上，正弦波都是最基本的波形之一——在数学上，任何其他波形都可以表示为基本正弦波的傅里叶组合;从实际意义上来讲，它作为测试信号、参考信号以及载波信号而被广泛的应用。在运算放大电路中，最适于发生正弦波的是文氏电桥振荡器与正交振荡器,本文将对文氏桥振荡器进行讨论。 第2章设计目的及要求 2.1、设计目的： （1）.掌握波形产生电路的设计、组装和调试的方法； （2）.熟悉集成电路：集成运算放大器LN356N。并掌握其工作原理，组成文氏电桥振路。 2.2、设计要求： （1）设计波形产生电路。 （2)信号频率范围：100Hz——1000Hz。 (3)信号波形：正弦波。 (4)画出波形产生电路原理图，写出终结报告。 第3章基本原理 3.1正弦振荡器的组成 （1)放大电路：放大信号 （2)反馈网络：必须是正反馈，反馈信号即是放大电路的输入信号 （3)选频网络：保证输出为单一频率的正弦波，即使电路只在某一特定频率下满足自激振荡条件