几种运算放大器的简单介绍
学号：2120110996 姓名：肖辅荣学院：自动化学院
一，通用型运算放大器μA741
通用型运放是现在运用
最多的运放，常用的通用型运
放有μA741（单运放）、LM358
（双运放）、LM324（四运放）
等，下面介绍μA741的原理和
功能。如图1所示为其引脚定
义图，其中，V CC+和V CC-分别
为其正电源和负电源，IN+为
其同相输入端，IN-为其反向输
入端，OUT为其输出端，OFFSET N1和OFFEST N2为调零端。
主要参数及优点：
（1）：电源电压范围宽：单电源（3～30 V），双电源（±1.5～±15 V）。
（2）：输出电压摆幅大（V CC-+1.5 V至V CC+—1.5 V）。
（3）：短路保护；
（4）：芯片运行温度根据型号的不同而不同，如μA741C工作温度为0～70 °C，而μA741M 工作温度则为—55～125 °C。
=±15 V、工作温度是25 °C时，输入电压偏移为1 mV，最大为6 mV；输入（5）：V CC
±
电阻为2 M?；输出电阻为7 ?；无负载时功率损失为50 mW；共模抑制比为90 dB；
共模输入电压范围为±13 V；短路输出电流为±25 mA；上升时间为0.3 μs。
二，高阻型运算放大器
CA3130是一种集合了CMOS管和双极性晶体管的双重优势的运算放大器。其输入端为PMOS晶体管，这种结构可以提供非常高的输入阻抗，非常低的输入电流以及非常优越的速度性能；并且可以有效地降低输入端的共模电压的影响。其输出采用得是一对CMOS管来提供输出电流，并且能保证输出电压相对每一个电源提供端的电压偏差都在10mv之内。而且CA3130既可以用单电源也可以双电源来供电，单电源供电范围为5v到8V，双电源供电范围为正负2.5V到正负5V之间。
该运放的引脚图如右图所示：
引脚1,5为偏置输入，3,2为同相反相输入，7,4为
电源输入引脚，8为输出滤波，6输出。
其主要优点如下：
1：输入阻抗非常高，为1.5T欧姆
输入电流非常小，为5PA当电源为15V。
2：允许单电源供电。
3：共模输入电压非常低
4：输出电压与每个电源引脚电压的偏差很小。
其主要应用场合为：
1：快速采样放大器
2：高输入阻抗场合
3：电压跟随器，电压调节器，峰值检测器
4：单电源供电场合
三，低功耗型运算放大器
低功耗型运算放大器：顾名思义，是指该运放正常工作时所消耗的功率比普通运放低，低功耗集成运算放大器工作时的电流非常小，电源电压也很低，整个运算放大器的功耗仅为几十微瓦，对于提高电路效率有莫大的帮助，这类集成运算放大器多用于便携式电子产品中。常见的低功耗型运算放大器有TI公司的OPA2244、TLC2252，NS公司的LMC6041/6042等等。
TLC2252是TI公司设计制造的双路运算放大器，它具有满电源电压幅度输出性能，比现有的CMOS运放具有更好的失调电压和更低的功耗，其每一放大器仅需要35uA的电源电流，具有很好的低电平电压噪声抑制能力，它呈现出高输入阻抗，能很好地适用于高阻电源，而且，其共模输入电压范围比通常标准的CMOS型放大器更宽，再加上它的温度性能，这一系列性能使得它能广泛应用于各个领域中，比如温度控制、远程压力传感器、加速计、手持仪表等等。
下图是TLC2252的封装形式：
它的特点如下：
（1）：输出摆幅包括两个电源电压（可达到满电源电压）。
（2）：低噪声（频率1kHZ时为19nV/）。
（3）：低输入偏置电流（典型值为1pA）。
（4）：单电源和分享电源都能达到所有规定的技术指标。
（5）：共模输入电压范围包含负电源电压（典型值为每个通道35uA）。
（6）：低输入失调电压（25℃时TLC2252A最大为850uA）。
四，高速型运算放大器AD5539
美国模拟器件公司生产的
AD5539单片运算放大器，是一种
视频、射频及摆率极高的放大器，
该芯片的特点是：
增益带宽积高（1.4GHz、17dB），
摆率高（600V/μs），全功率带宽
高（82MHz），开环增益（47~52dB），
高共模抑制比（CMRR：70~85dB），
电源工作电压4.5~10V，工作温度
-55℃~+125℃。
由于AD5539能提供理想的差
动式高输入阻抗元件和适当外部补偿就可工作在宽范围的闭环增益上，以及正相和反相输入可以满足具体的设计要求。所以广泛应用于RF频率信号传输，射频信号振荡，高速脉冲信号放大，高速采样和保持及高增益视频放大电路中。
上图中为通用的电压并联负反馈反相输入式倒相器电路。该电路能提供较低的输出阻抗，频带宽度为200MHz，调节延迟补偿网络（LAG NETWORK）的电容C LAG和电阻R LAG使频率响应呈最佳状态，调节反馈电路可获得适当的带宽。把电路中的反馈电容从输出端改接到12引脚，课使带内波动减小，增加稳定，但带宽减小到200NHz以下。
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 - =
常用运算放大器型号及功能 型号(规格) 功能简介 兼容型号 CA3130 高输入阻抗运算放大器 CA3140 高输入阻抗运算放大器 CD4573 四可编程运算放大器 MC14573 ICL7650 斩波稳零放大器 LF347 带宽四运算放大器 KA347 LF351 BI-FET 单运算放大器 LF353 BI-FET 双运算放大器 LF356 BI-FET 单运算放大器 LF357 BI-FET 单运算放大器 LF398 采样保持放大器 LF411 BI-FET 单运算放大器 LF412 BI-FET 双运放大器 LM124 低功耗四运算放大器(军用档) LM1458 双运算放大器 LM148 四运算放大器 LM224J 低功耗四运算放大器(工业档) LM2902 四运算放大器 LM2904 双运放大器 LM301 运算放大器 LM308 运算放大器 LM308H 运算放大器（金属封装） LM318 高速运算放大器 LM324 四运算放大器 HA17324,/LM324N LM348 四运算放大器 LM358 通用型双运算放大器 HA17358/LM358P LM380 音频功率放大器 LM386-1 音频放大器 NJM386D,UTC386 LM386-3 音频放大器 LM386-4 音频放大器 LM3886 音频大功率放大器 LM3900 四运算放大器 LM725 高精度运算放大器
229 LM733 带宽运算放大器 LM741 通用型运算放大器 HA17741 MC34119 小功率音频放大器 NE5532 高速低噪声双运算放大器 NE5534 高速低噪声单运算放大器 NE592 视频放大器 OP07-CP 精密运算放大器 OP07-DP 精密运算放大器 TBA820M 小功率音频放大器 TL061 BI-FET 单运算放大器 TL062 BI-FET 双运算放大器 TL064 BI-FET 四运算放大器 TL072 BI-FET 双运算放大器 TL074 BI-FET 四运算放大器 TL081 BI-FET 单运算放大器 TL082 BI-FET 双运算放大器 TL084 BI-FET 四运算放大器
一．差分信号的特点： 图1 差分信号 1.差分信号是一对幅度相同，相位相反的信号。差分信号会以一个共模信号 V ocm 为中心，如图1所示。差分信号包含差模信号和公模信号两个部分， 差模与公模的定义分别为：Vdiff=(V out+-V out- )/2，Vocm=(V out+ +V out- )/2。 2.差分信号的摆幅是单端信号的两倍。如图1，绿色表示的是单端信号的摆 幅，而蓝色表示的是差分信号的摆幅。所以在同样电源电压供电条件下，使用差分信号增大了系统的动态范围。 3.差分信号可以抑制共模噪声，提高系统的信噪比。In a differential system, keeping the transport wires as close as possible to one another makes the noise coupled into the conductors appear as a common-mode voltage. Noise that is common to the power supplies will also appear as a common-mode voltage. Since the differential amplifier rejects common-mode voltages, the system is more immune to external noise. 4.差分信号可以抑制偶次谐波，提高系统的总谐波失真性能。 Differential systems provide increased immunity to external noise, reduced even-order harmonics, and twice the dynamic range when compared to signal-ended system. 二．分析差分放大器电路 图2.差分放大器电路分析图
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）
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:
1前言1 2二级运算放大器电路 1 2.1电路结构 1 2.2设计指标 2 3 Cadence仿真软件 3 3.1 schematic原理图绘制 3 3.2 生成测试电路 3 3.3 电路的仿真与分析 4 3.1.1直流仿真 4 3.1.2交流仿真 4 3.4 版图绘制 5 3.4.1差分对版图设计 6 3.4.2电流源版图设计 7 3.4.3负载MOS管版图设计 7 3.5 DRC & LVS版图验证 8 3.5.1 DRC验证 8 3.5.2 LVS验证 8 4结论 9 5参考文献 9
本文利用cadence软件简述了二级运算放大器的电路仿真和版图设计。以传统的二级运算放大器为例，在ADE电路仿真中实现0.16umCMOS工艺，输入直流电源为5v，直流电流源范围27~50uA,根据电路知识，设置各个MOS管合适的宽长比，调节弥勒电容的大小，进入stectre仿真使运放增益达到40db，截止带宽达到80MHz和相位裕度至少为60。。版图设计要求DRC验证0错误，LVS验证使电路图与提取的版图相匹配，观看输出报告，要求验证比对结果一一对应。 关键词：cadence仿真，设计指标，版图验证。 Abstract In this paper, the circuit simulation and layout design of two stage operational amplifier are briefly described by using cadence software. In the traditional two stage operational amplifier as an example, the realization of 0.16umCMOS technology in ADE circuit simulation, the input DC power supply 5V DC current source 27~50uA, according to the circuit knowledge, set up each MOS tube suitable ratio of width and length, the size of the capacitor into the regulation of Maitreya, the simulation of stectre amplifier gain reaches 40dB, the cut-off bandwidth reaches 80MHz and the phase margin of at least 60.. The layout design requires DRC to verify 0 errors, and LVS validation makes the circuit map matching the extracted layout, viewing the output report, and requiring verification to verify the comparison results one by one. Key words: cadence simulation, design index, layout verification.
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 -=
CA3130 高输入阻抗运算放大器Intersil[DA TA] CA3140 高输入阻抗运算放大器 CD4573 四可编程运算放大器MC14573 ICL7650 斩波稳零放大器 LF347(NS[DATA])带宽四运算放大器KA347 LF351 BI-FET单运算放大器NS[DA TA] LF353 BI-FET双运算放大器NS[DA TA] LF356 BI-FET单运算放大器NS[DA TA] LF357 BI-FET单运算放大器NS[DA TA] LF398 采样保持放大器NS[DATA] LF411 BI-FET单运算放大器NS[DATA] LF412 BI-FET双运放大器NS[DA TA] LM124 低功耗四运算放大器( 军用档 ) NS[DATA]/TI[DATA] LM1458 双运算放大器NS[DATA] LM148 四运算放大器NS[DATA] LM224J 低功耗四运算放大器(工业档 ) NS[DATA]/TI[DA TA] LM2902 四运算放大器NS[DATA]/TI[DATA] LM2904 双运放大器NS[DATA]/TI[DA TA] LM301 运算放大器 NS[DATA] LM308 运算放大器 NS[DATA] LM308H运算放大器（金属封装）NS[DATA] LM318 高速运算放大器NS[DATA] LM324(NS[DATA]) 四运算放大器HA17324,/LM324N(TI) LM348 四运算放大器NS[DATA] LM358 NS[DATA]通用型双运算放大器HA17358/LM358P(TI) LM380 音频功率放大器NS[DATA] LM386-1 NS[DATA]音频放大器NJM386D,UTC386 LM386-3 音频放大器NS[DATA] LM386-4 音频放大器NS[DATA] LM3886 音频大功率放大器NS[DATA] LM3900 四运算放大器 LM725 高精度运算放大器NS[DATA] LM733 带宽运算放大器 LM741 NS[DATA]通用型运算放大器HA17741 MC34119 小功率音频放大器 NE5532 高速低噪声双运算放大器TI[DATA] NE5534 高速低噪声单运算放大器TI[DATA] NE592 视频放大器 OP07-CP 精密运算放大器TI[DA TA] OP07-DP 精密运算放大器TI[DATA] TBA820M小功率音频放大器ST[DATA] TL061 BI-FET单运算放大器 TI[DATA] TL062 BI-FET双运算放大器TI[DATA] TL064 BI-FET四运算放大器TI[DATA]
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 ='。
常用运放芯片实物和引脚功能图_TL081/082/084运放引 脚功能及贴片封装形式 （1）运放芯片的3种型号序列（部分器件有此序列） 如TL081、TL082、TL084，分别为8引脚单运放；8引脚双运放；14引脚四运放集成器件。封装型式一般为塑封双列直插和贴片双列，环列封装形式比较少见。 图1 TL081/082/084运放引脚功能及贴片封装形式 而常见常用，仅为下述两种器件。 世界上有几个人？有两个人，男人和女人，不失为一个智慧的回答。常用运放芯片有几片，只有两片，8脚和14脚的双运放和四运放集成器件（8脚封装单运放器件和环列式封装器件应用较少），把此两种芯片引脚功能记住，检修中就不需要随时去查资料了。
图2 常用运放芯片实物和引脚功能图 如上图。其封装一般为塑封双列直插DIP8/DIP14和塑封贴片工艺封装SO8/SO14两种形式，随着电子线路板小型化精密化要求的提高，贴片元件的应用占据主流，直插式器件逐渐淡出人们的视野。但无论何种封装模式，其引脚功能、次序都是一样的，所以仅需记准8脚（双运放）和14脚（四运放）两种运放的引脚功能就够了。 （2）运放芯片的3种温度序列 任何一种集成IC器件，按应用温度范围不同，都可细分为3种器件，如LM358，实际上有LM158、LM258、LM358三种型号的产品，其引脚功能、内部结构、工作原理、供电电压等等都无差别，仅仅是应用温度范围差异甚大。 LM158 适应工作温度-50℃~125℃，军工用品（1类）； LM258 适应工作温度-25℃~85℃，工业用品（2类）； LM358 适应工作温度0℃~70℃，农用品（3类）。 单看参数，似乎LM258适用于山东地区，若用于东北地区，其参数有些不足。而LM358仅能适用于江南地区。而事实上并非如此，如低于2类品规格参数被淘汰到3类品的器件，可能是-24℃~84℃温度范围
课题集成运放大器的基础知识所属章节第三章：集成运算放大器 教学目的1、了解集成运放的组成的符号 2、掌握理想运放的两个重要结论 教学重点1、运算放大器的组成 2、运算放大器的电路符号 3、运算放大器的主要参数 4、理想运算放大器 教学方法讲授法、多媒体课件教学 课题引入 集成运算放大器最早应用于模拟计算机中，如完成加法、减法等数学运算。而今主要有来完成信号的产生、转换、处理等，集成运算放大器已得到广泛应用。 授课内容 一、集成运算放大器的组成及符号 集成运算放大器实质上是一种双端输入、单端输出，具有高增益，高输入阻抗、低输出阻抗的多极直接耦合放大电路。 1、电路组成 集成运放内部组成框图如图所示。 ①输入级 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。 ②中间级 中间级是整个放大电路的主要放大电路。其作用是使集成运放具有较强的放大能力，多采用共射（或共源）放大电路。而且为了提高电压放大倍数，经常采用复合管做放大管，以恒流源作集电极负载。其电压放大倍数可达千倍以上。 ③输出级 输出级具有输出电压线性范围宽，输出电阻小（即带负载能力强），非线性失真小等优点。多采用互补对称发射极输出电路。 ④偏置电路 偏置电路用于设置集成运放各级放大电路的静态工作点。与分 授课内容立元件不同，集成运放多采用电流源电路为各级提供合适的集电
极（或发射极、漏极）静态工作电流，从而确定了合适的静态工作点。 2、电路符号 旧标准新标准 二、集成运放的主要参数 1、开环差模电压放大倍数Avd 在集成运放无外加反馈时的直流差模放大倍数称为开环差模电压放大倍数。 2、共模抑制比K CMR 共模抑制比等于差模放大倍数与共模放大倍数之比的绝对值， 3、差模输入电阻R id 集成运放在输入差模信号时的输入电阻。 4、输出电阻Ro 集成运放开环状态下的输出电阻。 5、输入失调电压v IO 理想集成运放，当输入为零时，输出也为零。但实际集成运放的差分输入级不易做到完全对称，在输入为零时，输出电压可能不为零。为使其输出为零，人为的在输入端加一补偿电压，称此补偿电压为输入失调电压，用v IO表示。 6、输入失调电流I IO 集成运放在常温下，当输出电压为零时，两输入端的静态电流之差，称为输入失调电流，用I IO表示， 三、理想集成运算放大器 理想运算放大器的条件： 1、开环差模增益（放大倍数）A vd=∞； 2、差模输入电阻R id =∞； 3、输出电阻Ro=0； 4、共模抑制比K CMR=∞； 两条重要结论： ①理想集成运放两输入端的净输入电压等于零。即 v i =v N -v P =0 v N =v P， 通常称为“虚短”。 ②理想集成运放的两输入端电流均为零。即 i N -i P =0,通常称为“虚断” 。 课堂练习1、集成运放电路是一种高增益的放大器，它的内部电
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 / R1 R3 = 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 K R1 = 100 K, C1 = 0.01 uF
Freq = 1 /（2π* R1 * C1） 6. Pulse generator脉波产生器电路: R2 = R3 = R4 = 100 K R1 = 30 K, C1 = 0.01 uF, R5 = 150 K O/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 K R3 = R4 = 100 K C1 = C2 = 0.01 uF 放大倍数Av = R4 / (R3+R4) Freq = 1 KHz 8. Active band-pass filter 主动带通滤波器电路:
实验二 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. 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。 集成运算放大器配接不同的外围元件可以方便灵活地实现各种不同的运算电路（线性放大和非线性电路）。用运算放大器组成的运算电路（也叫运算器），可以实现输入信号和输出信号之间的数学运算和函数关系，是运算放大器的基本用途之一，这些运算器包括比例器、加法器、减法器、对数运算器、积分器、微分器、模拟乘法器等各种模拟运算功能电路。 (1) 反相比例运算电路 电路如图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 。 i U 10-=- =i 1 F O U R R U
图1 反相比例运算电路 (2) 同相比例运算电路 图2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 U 11=+ =i 1 F O )U R R (1U R 2＝R 1 // R F 图2 同相比例运算电路 三 实验设备与器件 1. ±12V 直流电源 2. 函数信号发生器 3. 交流毫伏表 4. 直流电压表 5. 集成运算放大器OP07×1 9.1K Ω、10 K Ω、100 K Ω电阻各1个，导线若干。 2 3 6 7 4 1 8 2 3 1 8 4 6 7
放大器常用芯片 ISO106高压，隔离缓冲放大器 ISO106同ISO102性能基本相同，主要区别要以下两点：①ISO106的连续隔离电压3500；②ISO106封装为40引脚DIP组件；主要引脚定义可参看ISO102。 LF147/347四JFET输入运算放大器 输入失调电压1mV（LF147）、5mV（LF347）；温度漂移10μV/℃；偏置电流50pA增益带宽4MHz；转换速率13V/μs；噪声20nV/(Hz^1/2)(1kHZ)；消耗电流7.2mA。±22V电源（LF147）、±18V电源（LF347）；差模输入电压±38V（LF147）、±30V（LF347）；共模输入电压±19V（LF147）、±15V（LF347）；功耗500mW。 LF155/255/355JFET输入运算放大器 输入失调电压1mV（LF155/355）、3mV（LF255）；温度漂移3μV/℃（LF155/355）、5μV/℃（LF255）；偏置电流30pA增益带宽GB=2.5MHz；转换速率5V/μs；噪声20nV/(Hz^1/2)(1kHZ)；消耗电流2mA。±40V电源（LF155/255）、±30V电源（LF355）；共模输入电压±20V（LF155/255）、±16V（LF355）；输入阻抗10＾12Ω共模抑制比100dB；电压增益106dB。 LF353双JFET输入运算放大器 输入失调电压5mV；温度漂移10μV/℃；偏置电流50pA；增益带宽GB=4MHz；转换速率13V/μs；噪声16nV/(Hz^1/2)(1kHZ)；消耗电流1.8mA。±18V电源；差模输入电压±30V；共模输入电压±15V；功耗500mW。 LF411/411A低失调、低漂移、JFET输朐怂惴糯笃?br> 输入失调电压800μV （LF411）、300μV（LF411A）；温度漂移7μV/℃；偏置电流50pA；增益带宽GB=4MHz；转换速率15V/μs；噪声23nV/(Hz^1/2)(1kHZ)；消耗电流1.8mA。±18V 电源（LF411）、±22V（LF411A）；差模输入电压±30V（LF411）、±38V（LF411A）； 共模输入电压±15V（LF411）、±19V（LF411A）。
几种常用集成运算放大器的性能参数 1．通用型运算放大器 A741（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。μ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 2．高阻型运算放大器 ，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。Ω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） 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 s，BWG＞20MHz。μA715等，其SR=50~70V/μ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、 5．低功耗型运算放大器 W，可采用单节电池供电。μA。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10μ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50~250 6．高压大功率型运算放大器 A791集成运放的输出电流可达1A。μ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， 集成运放的分类 1. 通用型 这类集成运放具有价格低和应用范围广泛等特点。从客观上判断通用型集成运放，目前还没有明确的统一标准，习惯上认为，在不要求具有特殊的特性参数的情况下所采用的集成运放为通用型。由于集成运放特性参数的指标在不断提高，现在的和过去的通用型集成运放的特性参数的标准并不相同。相对而言，在特性
东南大学电工电子实验中心 实验报告 课程名称：电子电路实验 第一次实验 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 姓名：周晓慧学号：61010212 实验室: 105实验组别： 同组人员：无实验时间：2012年03月23日评定成绩：审阅教师：
实验一运算放大器的基本应用 一、实验目的： 1、熟练掌握反相比例、同相比例、加法、减法、积分、微分等电路的设计方法； 2、熟练掌握运算放大电路的故障检查和排除方法，以及增益、幅频特性、传输特性曲线、 带宽的测量方法； 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（最大差模输入电压、最大共模输入电压、最大输出电流、最大电源电压等）的基本概念； 4、了解运放调零和相位补偿的基本概念； 5、掌握利用运算放大器设计各种运算功能电路的方法及实验测量技能。 二、预习思考： 1、查阅741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：|A V |=10，Ri>10K Ω，将设计过程记录在预习报告上； （1） 仿真原理图 （2） 参数选择计算 因为要求|A v |=10，即|V 0/V i |= |-R f /R 1|=10,故取R f =10R 1,.又电阻应尽量大些，故取：R 1=10k Ω，Rk=100 k Ω, R L =10 k Ω （3） 仿真结果 图中红色波形表示输入，另一波形为输出，通过仿真可知|V 0/V i |=9.77≈10，仿真正确。 3、 设计一个电路满足运算关系U O = -2U i1 + 3U i2
实验集成运算放大器的基本应用（Ⅱ）——有源滤波器 一、实验目的 1、熟悉用运放、电阻和电容组成有源低通滤波、高通滤波和带通、带阻滤波器。 2、学会测量有源滤波器的幅频特性。 二、实验原理 （a）低通（b）高通 (c) 带通（d）带阻 图9－1 四种滤波电路的幅频特性示意图 由RC元件与运算放大器组成的滤波器称为RC有源滤波器，其功能是让一定频率范围内的信号通过，抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。可用在信息处理、数据传输、抑制干扰等方面，但因受运算放大器频带限制，这类滤波器主要用于低频范围。根据对频率范围的选择不同，可分为低通(LPF)、高通(HPF)、带通(BPF)与带阻(BEF)等四种滤波器，它们的幅频特性如图9－1所示。 具有理想幅频特性的滤波器是很难实现的，只能用实际的幅频特性去逼近理想的。一般来说，滤波器的幅频特性越好，其相频特性越差，反之亦然。滤波器的阶数越高,幅频特性衰减的速率越快，但RC网络的节数越多，元件参数计算越繁琐，电路调试越困难。任何高阶滤波器均可以用较低的二阶RC有滤波器级联实现。 1、低通滤波器（LPF） 低通滤波器是用来通过低频信号衰减或抑制高频信号。 如图9－2（a）所示，为典型的二阶有源低通滤波器。它由两级RC滤波环节与同相比例运算电路组成，其中第一级电容C接至输出端，引入适量的正反馈，以改善幅频特性。 图9－2（b）为二阶低通滤波器幅频特性曲线。
(a)电路图 (b)频率特性 图9－2 二阶低通滤波器 电路性能参数 1 f uP R R 1A + = 二阶低通滤波器的通带增益 RC 2π1 f O = 截止频率，它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。 uP A 31 Q -= 品质因数，它的大小影响低通滤波器在截止频率处幅频特性的形状。 2、高通滤波器（HPF ） 与低通滤波器相反，高通滤波器用来通过高频信号，衰减或抑制低频信号。 只要将图9－2低通滤波电路中起滤波作用的电阻、电容互换，即可变成二阶有源高通滤波器，如图9－3(a)所示。高通滤波器性能与低通滤波器相反，其频率响应和低通滤波器是“镜象”关系，仿照LPH 分析方法，不难求得HPF 的幅频特性。 (a) 电路图 (b) 幅频特性 图9－3 二阶高通滤波器 电路性能参数A uP 、f O 、Q 各量的函义同二阶低通滤波器。 图9－3（b ）为二阶高通滤波器的幅频特性曲线，可见，它与二阶低通滤波器的幅频特性曲线有“镜像”关系。 3、 带通滤波器（BPF ）
几款运放测试感受 NE5532：确实有点胆味，解析力一般，高频比较燥，低频比较糊且肥。 op275:和5532比，胆性还重一点，解析力、低频、音场更好一点，可以买贴片的来打磨声卡用（特别是创新的），可以改善硬冷的数码声。 EL2244：音色中性，音场比较宽，高频还可以，中频音乐味差，有人说解析力很高，其实是因为低频量感少，中频薄，高频显得突出而已。要用好比较难。 LT1057：两端延伸不错，速度、动态和解析力也挺好，就是属冷色调，放出的音乐好象有种不食人间烟火的味道，让你可以静静的听，却燃不起对音乐的那份激情。 AD827：延伸非常好，解析力高，高频华丽，中频纯厚，低频下潜和力度都不错，音场向前后左右拓展，有了凹凸感（这一点比其它运放强），速度快，动态好，感觉很大气，初换上此运放后确实有让人为之一振的感觉。但久听之下，也发现很多问题，1虽然三频段、音场很宽，气势足，大开大合，但总感觉结构有点松，不够紧溱，2人声部份一般，有时大动态时，人声被配乐声淹没3不够细腻，属于激情有余而柔情不足，4音乐味不够。不过很多的人喜欢这种风格。当然买两片来换换口味听还是可以的，按我的感觉，用在AV功放上看DVD大片应该很适合。 OPA2604：感觉象5532的升级版，各方面都有很大提高，解析力不错，音乐味更好，有胆味，声底属于较纯厚且有点刚性，综合素质很不错。 DY649：和2604比，解析力更好，高频部份纤细而又柔美且泛音丰富，声底没2604厚，很清澈、细致的感觉，音乐画面异常清晰，人声部份圆润通透、有种甜甜的感觉，人声（特别是女声）是它的强项。 DY639：整体性稍弱于649，但更具备胆机特性，胆味更浓。 DY669：和2604差不太多，纯厚的声音。 AD712：解析力很好，清晰而又没有音染的声音，一种很透明的感觉，声底细致，低频量稍少。属于典型的监听风格。不过可能很多人都不大喜欢这种纯净水的感觉，还是加点味精好，大概是我已前玩过音乐制作的原因吧，习惯了这种纯纯的监听味道，挺感兴趣。 AD712（金封）：一时好奇，第二天又去弄了个金封的，和陶封比，感觉解析力更好，声底更纯厚点，低频弹跳感下潜度都有所加强，音场定位感不错。...刚开始听时感觉好象人声清淅度还不如陶封的，吃了一惊，后来反复比较才发现，因为陶封的高频比较冲、直白、声底薄，人声显得亮，所以有这种感觉，还是金封的耐听度更高。不过，不太推荐使用，因为现在金封的找不到拆机件了，只有买全新的，要75元，这个价位可以买到更好的型号了。
江西省电子信息技师学院 实验一：集成运算放大器的基本应用 一、实验目的 1、学习软件ISIS的使用方法。 2、学习集成运算放大器的基本应用设计。 二、软件使用有关说明 1、运行ISIS软件 2、界面熟悉 3、软件操作： （1）原理图放大和缩小：使用工具栏中的放大、缩小按钮；或采用鼠标滚轮来操作。
（2）删除一个元件或者连线：鼠标右键连续点两次目标。 （3）添加一个元件到原理图：选择DEVICE栏上的“P”按钮，找到元件作在的库，双击目标（object）内的元件名字，则可加入到待选栏里面。以后选择元件就在待选栏中鼠标左键单击一个元件名，在原理图区中鼠标左键单击则可加一个元件到原理图上。 （4）连线：如果要将两个元件连接起来，按如下操作 （5）添加节点： （6）修改元件参数：右键单击一个元件，变成红色后，左键单击即可出现属性框以修改相应属性。 三、实验原理 集成运算放大器可以作为一个器件构成各种基本功能的电路。这些基本电路又可以作为单元电路组成电子应用电路。 1．反相放大器 反相放大器是最基本的电路，如下图所示。
其闭环电压增益为： 输入电阻R i＝ R1 输出电阻R o≈ 0 平衡电阻R p = R1∥R F 反馈电阻R F值不能太大，否则会产生较大的噪声及漂移。取值应远大于信号源V i的内阻。若R F＝ R1则为反相器，可作为信号的极性转换电路。 2、同相放大器 同相放大器也是最基本的电路．如下图所示。 其闭环电压增益为： 输入电阻R i＝R IC 式中，R IC——运放本身同相端对地的共模输入电阻．一般为108Ω。 输出电阻R o≈ 0 平衡电阻R p = R1∥R F 同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻抗很低的特点．广泛用于前置放大级。 若R F＝ 0，R1≈∞ (开路)，则为电压跟随器。与晶体管电压跟随器(射极输出器)相比．集成运放的电压跟随器的输入阻抗更高．几乎不从信号源吸取电流；输出阻抗更小，可视作电压源，是较理想的阻抗变换器（跟随器）。 3．加法器 基本的加法器电路如下图所示。