集成运放

目 录

标题………………………………………………………………………………………1

中文摘要…………………………………………………………………………………1

前言………………………………………………………………………………………1

一 集成运放的概述……………………………………………………………………

1.1集成运放的组成及各部分的作用………………………………………………1

1.2运放的性能指标…………………………………………………………………2

1.3理想运算放大器特性……………………………………………………………3

1.3.1集成运放工作在线性区的特性………………………………………………3

1.3.2集成运放工作在非线性工作区的特性………………………………………3

二 集成运放的应用……………………………………………………………………

1线性应用……………………………………………………………………………4

1.1线性运算…………………………………………………………………………4

1.1.1反向比例电路…………………………………………………………………4

1.1.2同相比例电路…………………………………………………………………4

1.1.3差动比例电路…………………………………………………………………5

1.1.4反相求和电路…………………………………………………………………5

1.1.5同相求和电路…………………………………………………………………5

1.1.6和差电路………………………………………………………………………5

1.2非线性运算………………………………………………………………………6

1.2.1积分电路………………………………………………………………………6

1.2.2微分电路………………………………………………………………………6

1.2.3对数运算电路…………………………………………………………………6

1.2.4指数运算电路…………………………………………………………………6

1.3有源滤波电路……………………………………………………………………6

1.3.1滤波电路的基础知识…………………………………………………………6

1.3.2低通滤波电路…………………………………………………………………7

1.3.3高通滤波电路…………………………………………………………………7

1.3.4带通滤波电路和带阻滤波电路………………………………………………7

1.4正弦波产生电路…………………………………………………………………8 2非线性应用…………………………………………………………………………8

2.1电压比较器………………………………………………………………………8

2.1.1一般单限比较器………………………………………………………………8

2.1.2过零比较器……………………………………………………………………9

2.1.3滞回比较器……………………………………………………………………9

2.2 波形发生电路……………………………………………………………………10

2.2.1方波发生电路…………………………………………………………………10

2.2.2方波和三角波发生电路………………………………………………………10

参考文献…………………………………………………………………………………11

致谢………………………………………………………………………………………12

外文页……………………………………………………………………………………13

集成运放的典型应用

摘 要 运放最早应用于信号的运算，所以它又被称为运算放大器。随着集成运放技术的发展，目前集成运放的应用几乎渗透到电子技术的各个领域，它成为组成电子系统的基本功能单元。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。

关键词 集成运放 应用 典型

集成运算放大器是发展较早，使用广泛的最重要的一种模拟集成电路，期性能优良，功能完善，为高增益的多级直接耦合放大器，期内部结构比单只晶体管复杂，外部特性更接近于理性化区间。随着半导体集成工艺的发展，集成电路的大量生产使集成运算放大器的应用远远超出模拟计算的范围，目前它的应用几乎设计电子技术的各个领域，如信号处理，测量波形产生及自动控制。

一 集成运放的概述

集成运算放大器的两个输入端分别为同相输入端u和反相输入端u，这里的“同相”和“反相”是集成运算放大器的输出电压uo与输入电压ui之间的相位关系，其符号及外观如图1所示。

从外部看，可以认为集成运算放大器是一个双端输入、单端输出、具有高差模放大倍数Aod、高输入电阻、低输出电阻、能较好地抑制温漂的差动放大电路。

集成运算放大器加上负反馈回路，实现各种各样的电路功能。集成运算放大器的主要应用：

模拟运算----模拟信号的加法、减法、微分、积分等运算。

有源滤波器----低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器。

信号的发生和转换----正弦波振荡电路、矩形波发生电路、电压比较器等。

1.1集成运放的组成及各部分的作用

集成运放的一般构成图如图1.1所示

一般要求输入级的输入电阻大、失调和零漂小；中间级的电压放大倍数大；输出级的输出电阻小、带负载能力强；偏置电路为各级提供稳定的偏置电流。

通常，输入级采用差分放大电路；中间级采用共射放大电路等电压放大电路；输出级采用互补推挽乙类放大电路；偏置电路采用电流源电路。

1.2运放的性能指标

集成运算放大器的主要性能指标

1.数值较大的参数如下：

(1)开环差模增益Aod

在集成运算放大器无外加反馈时的差模放大倍数称为开环差模增益，记作Aod。Aod＝△uo/△（uu），常用分贝（dB）表示，其分贝数为20lg|Aod|。通用型集成运算放大器Aod通常在105左右或用102V/mV表示，即100dB左右。

(2)共模抑制比KCMR

共模放大倍数Aoc，Aoc＝△Uo/△Uic。

共模抑制比等于差模放大倍数与共模放大倍数Aoc之比的绝对值，即KCMR＝|Aod/Aoc|，常用分贝表示，其数值为20lgKCMR。KCMR越大越好，KCMR越大对温度影响的抑制能力就越大。

(3)差模输入电阻Rid

Rid是集成运算放大器两个输入端之间的差模输入电压变化量与由它所引起的差模输入电流之比。Rid越大越好，从信号源索取的电流越小。

(4)最大共模输入电压maxIcU。

maxIcU是集成运算放大器两个输入端对地间所允许加的最大共模输入电压。超出此共模电压极限值，其共模抑制比将明显下降，不能对差模信号进行放大。这也是集成运算放大器用于同相放大器时所允许的输入电压极限值。 (5)最大差模输入电压maxIdU

maxIdU是集成运算放大器同相输入端与反相输入端之间所允许加的最大差模输入电压。超出此差模电压极限值，输入级将损坏。

2.数值较小的参数如下：

如输出电阻Rod，输入失调电流OSI及其温漂dT/dIOS，输入失调电压OSU及其温漂dT/dUOS，输入偏置电流IBI等。

1.3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 Aud＝∞

输入阻抗 ir＝∞

共模抑制比 KCMR＝∞

输出阻抗 or＝0

带宽 bwf＝∞

失调与漂移均为零等。

1.3.1集成运放工作在线性区的特性

当集成运放工作在线性放大区时满足： (1) ,称为“虚短。 (2)

为“虚断”。它的输入、输出的关系式为：

1.3.2集成运放工作在非线性工作区的特性

当集成运放工作在非线性区时，集成运放工作在开环或引入正反馈，它的输入输出关系是：不满足关系式

它的输入电流仍为零，即：

它的输出电压只有两种状态：（1）当UU时，oLoUU

（2）当UU时，oHoUU

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。

二 集成运放的应用

1线性应用

1.1线性运算

1.1.1反向比例电路

输入信号加入反相输入端，电路如图1.1.1所示:

输出特性：

因为：，

所以：

从上式我们可以看出：Uo与Ui是比例关系，改变比例系数，即可改变Uo的数值。负号表示输出电压与输入电压极性相反。

反向比例电路的特点：

(1)反向比例电路由于存在"虚地"，因此它的共模输入电压为零，对集成运放的共模抑制比要求低。

(2)输入电阻低:Ri＝R1，此对输入信号的负载能力有一定的要求。

1.1.2同相比例电路

输入信号加入同相输入端，电路如图1.1.2所示:

输出特性：因为：

；

所以：

改变Rf/R1即可改变Uo的值，输入、输出电压的极性相同。

同相比例电路的特点： (1)输入电阻高。

(2)由于，因此集成运放的共模抑制比要求高。

1.1.3差动比例电路

输入信号分别加之反相输入端和同相输入端，电路图如图1.1.3所示:

它的输出电压为：

由此我们可以看出它实际完成的是：对输入两信号的差运算。

1.1.4反相输入求和电路

它的电路图如图1.1.4所示: 其中电阻R＇

它的输出电压与输入电压的关系为：

它的特点与反相比例电路相同。它可十分方便的某一电路的输入电阻，来改变电路的比例关系，而不影响其它路的比例关系。

1.1.5同相输入求和电路

它的电路图如图1.1.5所示：

它的输出电压与输入电压的关系为：

它的调节不如反相求和电路，而且它的共模输入信号大，对集成运放的要求较高,有比较高的共模抑制比和较高的共模电压承受能力,因此它的应用不很广泛。

1.1.6差分输入求和电路

它的电路图如图1.1.6所示：

此电路的功能是对Ui1、Ui2进行反相求和，对Ui3、Ui4求和，然后进行的叠加即得和差结果。 它的输入输出电压的关系是：