运放使用经典教程

收藏！运放的基本应用讲解。

1、同相放大器运放的同相放大器形式，它的输出信号与输入信号的相位相同，即：同一时刻的极性是相同的。

同相放大器的电路形式，如下图所示：运放的同相放大器形式同相放大器的增益，由Rf和Rs决定，并且总是大于1。

增益K计算公式如下：K = 1 + Rf / Rs同相放大器，施加的反馈方式是电压串联负反馈，这种负反馈具有增大输入电阻、降低输出电阻的作用。

然而，反馈深度又决定了输入电阻、输出电阻的改变程度。

当Rs的阻值接近无穷大时，同相放大器的增益无限接近1，此时的效果等效为电压跟随器，此时把Rf减小到0，性能基本不变，此时，电压跟随器的电路形式如下图所示：运放的电压跟随器形式电压跟随器，通常用在高阻抗电路与低阻抗负载之间的匹配，起到缓冲/隔离的作用。

由于电压跟随器，有很深的负反馈，获得的缓冲/隔离作用远胜于单个分立元件组成的电压跟随器。

2、反相放大器运放的反相放大器形式，它的输出信号与输入信号的相位相反，即：同一时刻的极性是相反的。

反相放大器的电路形式，如下图所示：运放的反相放大器形式反相放大器的增益，由Rf和Rs决定，增益可以小于1、等于1、大于1。

增益K计算公式如下：K = - Rf / Rs式中的‘负号’表示输出极性与输入极性相反。

反相放大器，施加的反馈方式是电压并联负反馈，这种负反馈，能减小输入和输出电阻的作用。

然而，反馈深度又决定了输入电阻、输出电阻的改变程度。

由于负反馈的作用，运放的反相输入端成为交流电位与地相等的虚地。

利用这个虚地，反相放大器可以成为多个输入信号叠加的加法器。

运放的加法器形式，如下图所示：运放的加法器形式加法器的输出信号Ao ≈ - Rf · （1/R1·V1 + 1/R2·V2 + ... + 1/Rn·Vn）可见，输出信号是各个输入信号按比例叠加的结果，电阻R1至Rn可以分别控制各个输入信号的混合比例。

加法器在多路信号的混合上有着很多的应用。

运放的使用及滤波器设计运算放大器（Operational Amplifier，简称Op-Amp）是一种非常常见的电子元器件，常用于放大电压信号和作为各种信号处理电路的基础建设模块。

在本文中，我们将介绍运放的使用和滤波器设计。

一、运放的基本原理及使用1.运放的基本原理2.运放的引脚及使用方法一个典型的运放有八个引脚，包括非反相输入端（+）、反相输入端（-）、输出端、电源正极、电源负极等。

根据需要，我们可以将信号输入到非反相输入端或反相输入端，然后通过输出端输出放大后的信号。

通常，我们需要给运放提供两个电源电压，一个是正极供电，一个是负极供电。

正常工作时，两个电源电压的差值应该在一定范围内，如±5V。

3.运放的使用运放常用于放大电压信号或作为信号处理电路的关键组件。

它可以用于音频放大器、滤波器、信号源和控制系统等各种应用。

滤波器是一种能够选择性地通过或抑制特定频率组成的信号的电路。

根据其特性，滤波器可以分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。

1.低通滤波器低通滤波器（Low-Pass Filter）可以通过低频信号而阻止高频信号。

在低通滤波器中，希望通过的信号频率被称为截止频率。

常见的低通滤波器电路有RC低通滤波器和RLC低通滤波器等。

2.高通滤波器高通滤波器（High-Pass Filter）可以通过高频信号而阻止低频信号。

在高通滤波器中，希望通过的信号频率被称为截止频率。

常见的高通滤波器电路有RC高通滤波器和RLC高通滤波器等。

3.带通滤波器带通滤波器（Band-Pass Filter）可以通过一段特定频率范围的信号而阻止其他频率的信号。

在带通滤波器中，希望通过的信号频率范围被称为通带。

常见的带通滤波器电路有LC带通滤波器和RLC带通滤波器等。

4.带阻滤波器带阻滤波器（Band-Stop Filter）可以通过除一段特定频率范围的信号而传输其他频率的信号。

在带阻滤波器中，希望阻止的信号频率范围被称为阻带。

如何正确使用运放放大电路运放是一种广泛应用于电子电路中的集成电路。

它具有高输入阻抗、低输出阻抗、大增益和良好的线性性能等特点，而且可以灵活地应用于各种电路中。

在电子电路设计中，正确使用运放放大电路对于实现信号放大、滤波、比较和运算等功能至关重要。

本文将介绍正确使用运放放大电路的原则和注意事项。

一、运放的基本概念运放（Operational Amplifier）是一种差分输入、高增益、直流耦合的电压放大器。

它通常由差分放大器、级联放大器和输出级组成。

运放的电压增益非常高，一般可达几万倍以上，同时具有很高的输入阻抗和低的输出阻抗。

运放的输入端分为正输入端（+）和负输入端（-），输出端带有上升、下降和交流信号。

运放的输出电压可以通过反馈电路控制。

二、正确选择运放在设计电路时，选择适合的运放器件非常重要。

合适的运放应具备以下特点：1. 增益带宽积（GBW）：根据需要选择合适的增益带宽积，GBW越大代表运放的频率响应越好。

2. 输入偏置电流（IB）：输入偏置电流越小，运放的输入偏置越小。

3. 噪声：根据实际应用场景选择合适的噪声水平，使系统的信噪比得到优化。

4. 电源电压范围：根据电路的供电要求，选择适合的电源电压范围。

5. 供电电流：根据电路的功耗要求，选择适合的供电电流。

三、正确连接运放在使用运放时需要正确连接，一般包括以下几个步骤：1. 确定供电电源：根据运放器件的规格书确定合适的供电电压和电流，并正确连接电源。

2. 连接信号源：将信号源通过合适的电阻连接到运放的正输入端和负输入端，以保证差分输入。

3. 确定反馈方式：根据需要选择合适的反馈方式（正反馈或负反馈），并连接反馈电阻。

4. 连接输出负载：根据实际需要，确定并连接合适的输出负载。

5. 接地：正确接地是保证电路正常运行的关键，应注意保持地线的短、粗、整洁，以减少接地干扰。

四、正确处理输入输出信号在使用运放放大电路时，需要注意以下几点：1. 输入信号范围：根据运放器件的规格书，确定输入信号的工作范围，以避免超限。

运算放大器是具有很高放大倍数的电路单元。

在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。

它是一种带有特殊耦合电路及反馈的放大器。

目前，运算放大器被广泛应用于电子行业中，但是如果在使用运算放大器的过程中不“遵守”一些规则，可能会造成严重后果。

下面谈谈我用运算放大器的一点体验和经验。

L运算放大器的输出电压问题目前市场上的运算放大器依然存在一些不可避免的缺陷，输出电压很难达到其理想的电源电压（空载情况下可以达到电源电压）。

而且实际应用中，输出电压都会带有一定的负载,负载越大，其电压损耗越大。

那么这个时候如果引入负电源，其电压输出就能够达到理想的电源电压范围。

2.运算放大器反馈回路千万不能并接电容如果一个用于直流信号放大的电路，为了去耦，不小心把电容并接到了反馈回路，反馈信号的相位发生了改变，很容易就会发生振荡。

所以，在放大电路中，反馈回路不能加入任何影响信号相位的电路。

3.反馈回路的Layout注意事项反馈回路的元器件必须要靠近运算放大器，而且PCB走线要尽量短，同时要尽量避开数字信号、晶振等干扰源。

反馈回路的布局布线不合理，则会容易引入噪声，严重会导致自激振荡。

4.运算放大器输入电压限制众所周知，电子元器件都是在特定的输入电压范围内正常工作的，运算放大器当然也不例外。

如果运算放大器的输入电压超出范围，那么运算放大器就会出现工作不正常的现象，甚至一些更严重的情况。

5.运算放大器使用必须重视电源滤波运算放大器的电源滤波不容忽视，电源的好坏直接影响输出。

特别是对于高速运算放大器，电源纹波对运算放大器输出干扰很大，弄不好就会变成自激振荡。

所以最好的运算放大器滤波是在运算放大器的电源脚旁边加一个OJuF的去耦电容和一个几十UF的锂电容，或者再串接一个小电感或者磁珠，效果会更好。

结语只要合理的使用运算放大器，便不用担心使用运算放大器带来的问题。

目前随着国内智能穿戴、便携电子设备空前发展，运算放大器的应用范围将会得到进一步提升。

An Applications Guide for OPAmpsNational Semiconductor Corporation运算放大器使用指南美国国家半导体公司An Applications Guide for OP Amps声明：本文为中国电子网社区网友NE5532与AKAER合译，其中NE5532翻译1-14章节，AKAER翻译15-23章节，在翻译中得到了中国电子网和广大社区网友的帮助，在这里一并致谢。

本文仅供大家学习参考，并不得用于商业目的。

欲索取国家半导体公司的原版资料，请查询国家半导体网站模拟技术大学栏目。

AKAER NE55322004-5运算放大器使用指南目录1. Introduction (3)2. The Inverting Amplifier (5)3. The Non-Inverting Amplifier (8)4. The Unity-Gain Buffer (9)5. Summing Amplifier (11)6. The Difference Amplifier (12)7. Differentiator (14)8. Integrator (17)9. Simple Low-pass Filter (19)Current-to-Voltage Converter (21)10. TheAmplifiers (23)11. Photocell12. PrecisionCurrent Source (26)Voltage References (29)13. Adjustable14. The Reset Stabilized Amplifier (33)Multiplier (35)15. TheAnalog16. The Full-Wave Rectifier and Averaging Filter (38)Oscillator (42)Wave17. SineGenerator (44)18. Triangle-WaveRegulated Power Supply (47)19. TrackingBench Power Supply (49)20. Programmable21. Conclusions (52)22. 附录 I Definition of Terms (53)23. References (54)An Applications Guide for OP Amps1. Introduction概述：The general utility of the operational amplifier is derived from the fact that it is intended for use in a feedback loop whose feedback properties determine the feed-forward characteristics of the amplifier and loop combination. To suit it for this usage, the ideal operational amplifier would have infinite input impedance, zero output impedance, infinite gain and an open-loop 3 dB point at infinite frequency rolling off at 6dB per octave. Unfortunately, the unit cost–in quantity-–would also be infinite.Intensive development of the operational amplifier, particularly in integrated form, has yielded circuits which are quite good engineering approximations of the ideal for finite cost. Quantity prices for the best contemporary integrated amplifiers are low compared with transistor prices of five years ago. The low cost and high quality of these amplifiers allows the implementation of equipment and systems functions impractical with discrete components. An example is the low frequency function generator which may use 15 to 20 operational amplifiers in generation, wave shaping, triggering and phase-locking.The availability of the low-cost integrated amplifier makes it mandatory that systems and equipments engineers be familiar with operational amplifier applications. This paper will present amplifier usages ranging from the simple unity-gain buffer to relatively complex generator and wave shaping circuits. The general theory of operational amplifiers is not within the scope of this paper and many excellent references are available in the literature.1,2,3,4 The approach will be shaded toward the practical, amplifier parameters will be discussed as they affect circuit performance, and application restrictions will be outlined.The applications discussed will be arranged in order of increasing complexity in five categories: simple amplifiers, operational circuits, transducer amplifiers, wave shapers and generators, and power supplies. The integrated amplifiers shown in the figures are for the most part internally compensated so frequency stabilization components are not shown; however, other amplifiers may be used to achieve greater operating speed in many circuits as will be shown in the text. Amplifier parameter definitions are contained in Appendix I.运算放大器使用指南我们知道，通用OP工作在这样的情况下：在接入负反馈环路后，OP和反馈环路的特性仅由反馈环路来决定。

运放使用指南(总9页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--运放使用指南1、 反相放大器（The Inverting Amplifier ）基本反相放大器电路如图1所示。

其中，i V R R V ⨯-=12o ，213||R R R =，当12R R 的数值远小于op 开环增益时，这个数值就是反相放大器的增益，运算放大器的输入阻抗就是1R 的值，闭环增益单位增益带宽闭环增益带宽+=1在设计时要注意的是：3R 的阻值应该等于1R 和2R 的并联阻值，以减小输入偏置电流所带来的失调电压。

闭环增益输入失调电压输出失调电压⨯=。

运放输入端失调电压的主要来源是偏置电流（Input bias current ）和输入失调电压（Input offestvoltage ）。

对于一个给定的op ，输入失调电压就已经确定了，但是由于输入失调电流所带来的失调电压与所采用的电路的结构有关系。

为了在不使用使调整电路的情况下，减小输入偏置电流所带来的失调电压，应该使得同相输入端和反相输入端对地直流电阻相等，使得由于偏置电流在输入电阻上压降所带来的失调电压相互抵消。

在低内阻信号源的放大器中，op 的输入失调电压将成为失调电压误差的主要来源。

在高输入阻抗的情况下，失调电压可以采用3R 的阻值来调整，利用输入偏置电流在其上的压降来对输入失调电压做补偿（即用这个得到的压降来抵消输入失调电压）。

在交流耦合时，失调电压并不显得很重要。

这时的主要问题是：失调电压减小了输入电压峰——峰值的线性动态范围。

工作范围在闭环状态下的op 和其反馈网络的增益——频率特性为了实现稳定，op 和反馈环路对任何频率的信号，在环路增益大于1时的环路相移的角度绝对不能超过o 180。

在实践上，为了达到稳定条件，相移角度不应该接近o 180。

对于一个给定的op 放大器电路，在进行电容补偿是需要在稳定性和带宽之间进行权衡。

运算放大器的使用三步走
简介：本文介绍了运算放大器的使用方法、偏置设置以及解决运算放大器的零漂问题等内容。

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?
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。

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：
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。

运放电路分析教程从虚断，虚短分析基本运放电路运算放大器组成的电路五花八门，令人眼花瞭乱，是模拟电路中学习的重点。

在分析它的工作原理时倘没有抓住核心，往往令人头大。

为此本人特搜罗天下运放电路之应用，来个“庖丁解牛”，希望各位看完后有所斩获。

遍观所有模拟电子技朮的书籍和课程，在介绍运算放大器电路的时候，无非是先给电路来个定性，比如这是一个同向放大器，然后去推导它的输出与输入的关系，然后得出Vo=(1+Rf)Vi，那是一个反向放大器，然后得出Vo=-Rf*Vi……最后学生往往得出这样一个印象：记住公式就可以了！如果我们将电路稍稍变换一下，他们就找不着北了！今天，教各位战无不胜的两招，这两招在所有运放电路的教材里都写得明白，就是“虚短”和“虚断”，不过要把它运用得出神入化，就要有较深厚的功底了。

虚短和虚断的概念由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB以上。

而运放的输出电压是有限的，一般在 10 V～14 V。

因此运放的差模输入电压不足1 mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”。

开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。

“虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。

显然不能将两输入端真正短路。

由于运放的差模输入电阻也很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。

因此流入运放输入端的电流往往不足1uA，远小于输入端外电路的电流。

故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。

“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。

显然不能将两输入端真正断路。

在分析运放电路工作原理时，首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、减法器，什么差动输入……暂时忘掉那些输入输出关系的公式……这些东东只会干扰你，让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数，这是设计者要考虑的事情。

1.运放供电电压大小和方式选择； 2.运放封装选择； 3.运放反馈方式，即是 VFA (电压反馈运放)还是 CFA(电流反馈运放)； 4.运放带宽； 5.压摆率大小，这决定全功率信号带宽； 6.Offset 电压和 Offset 电流选择； 7. Offset 电压随温度的漂移大小，即 ΔVoffset/ΔT 大小； 8.运放输入阻抗选择； 9.运放输出驱动能力大小选择； 10.运放静态功耗，即 ICC 电流大小选择； 11.运放噪声选择； 12.运放驱动负载稳定时间。

（1） 双极型输入 有各种各样类型的运算放大器，有些通过单片集成电路的输人 级类型 进行区分。

双极型输入是应用很广泛的，其中的全部器件包括输人级都 由双极晶体管构成。

输入偏置和失调电流是数百 nA，偏置电压典型值是 10mV。

开环输人阻抗是数百 kΩ。

（2）CMOS 运放 CM0S 运放需要很小的供电电流，很高的输人阻抗，极低偏 置电流。

失调电压较双极放大器要高一些。

CMOS 放大器可以在轨到轨的范围内 工作，因为消耗功率 小，适合于单电源和低电压电池应用。

与双极类型相比，C M0S 放大器的噪声一般更高。

（3）BiFET 运放 BiFET 是双极－场效应（bipolar field－effect）晶体管 的缩写。

它结合了 两种技术，在前端或输入级使用 FETs，其他的部分使用双极 管。

结果可以得到比双极型更宽的带宽，更低的输入失调电流，更高的输入阻抗 和更强的驱动能力。

而输入失调电压一般比双极运放要高。

（4）运放的封装 运放可以是单个封装、双封装、四封装。

双封装可以节省 空间和价格， 它的另一个特性是在同一封装内的两个放大器在同一个衬底上，本 质上有相同的电气特性， 或者说匹配的很好。

一般情况下它们的特性随温度特性 保持得很相近。

四封装运放在一个封装内有四个运放。

这在高密度应用中特别有 用， 但设计者在设计 PCB 板时要注意走线的灵活性受限，所有四个运放要在有限 的空间内连线，不当的走线可能导致干扰。

运放的使用电子设计制作大赛中的基本概念、基本知识与基本方法汇编电信学院一、运算放大器的使用2运算放大器的基本结构2运算放大器输入端的偏置2运算放大器的单电源使用2运放输出摆幅与电源电压2运算放大器的开环采用与闭环采用2运算放大器的尚普托2运算放大器的主要指标尹建新二、振荡器的基本概念（曲枝）三、滤波器（有源滤波器）的带外特性（待续）四、工频干扰（待续）五、管子发烫问题的分析（曲枝）六、数量级概念（曲枝）七、集成稳压器的内阻与电源去耦（待续）一、运算放大器的采用运算放大器是使用得最为广泛的模拟集成电路，由其构成的放大器、加法器、比较器、恒流源、振荡器、脉冲处理电路、微积分电路、有源滤波器、施密特触发器等等，不仅在电子设计制作比赛中，而且在工程应用上频频出现。

但一般教材往往重在介绍其典型应用电路，而对于集成运放器件本身的使用（无论是开环使用与闭环使用）很少予以注重，故此处进行专题讲解。

1．运算放大器的基本结构所有的运算放大器都可以分为输入级、中间级和输出级构成，如图1所示：图1整个运放的增益主要由输入级提供，而输出级只是一种互补推挽形式的跟随器，以提供一定的电流输出。

虽然从使用的角度出发，我们并没有必要去了解运放内部的具体电路形式（而且不同型号的运放其内部电路形式也不相同），但是，其输入级和输出级是需要和外电路相连的，所以我们有必要了解运放的输入级和输出级的电路特点，以对其正确的外部使用提供依据。

第1页无一例外地，运放的输入级必定是差分放大器的电路形式（或者是双极型管，或者是场效应管），而输出级必定是互补推挽形式的射极跟随器（或者是场效应管的源极跟随器）。

之所以运放的输入级必定是差分放大器，是因为运算放大器本质上是一种直接耦合的高增益放大器，所以必然会带来直接耦合放大器的必然难题――“零点漂移”问题，而差分放大器的优越的共模抑制能力就成为运放输入级电路形式的首选。

通俗的说，差分放大器的优越的共模抑制能力其实就是利用了电路结构上的对称性，从而将共模形式的漂移和扰动抵销掉。