集成运算放大器(3)

集成运算放大器相关知识集成运算放大器（Operational Amplifier，简称Op Amp）是一种电子设备，可以放大输入信号并输出放大后的信号。

它在电子电路中广泛应用，是现代电子技术的重要组成部分。

本文将介绍集成运算放大器的基本原理、特性和应用。

一、基本原理集成运算放大器是由多个晶体管和其他电子元件组成的集成电路芯片。

它的核心部分是差分放大器，由输入级、中间级和输出级组成。

差分放大器能够将输入信号放大并进行相位反转，使得放大后的信号与输入信号之间具有特定的幅度和相位关系。

集成运算放大器具有两个输入端和一个输出端。

其中，一个输入端称为非反相输入端（+），另一个输入端称为反相输入端（-）。

通过调节输入端的电压，可以控制输出端的电压。

当输入端的电压差为零时，输出端的电压为零；当输入端的电压差增大时，输出端的电压也相应增大。

二、特性1. 增益：集成运算放大器具有很高的增益。

通常情况下，它的增益可达几万甚至几十万倍。

这使得它能够将微弱的输入信号放大到足够大的幅度，以便进行后续处理或驱动其他设备。

2. 输入阻抗：集成运算放大器的输入阻抗很大，通常为几兆欧姆。

这意味着它可以接受来自外部电路的信号而对其产生很小的影响，从而保持信号的稳定性。

3. 输出阻抗：集成运算放大器的输出阻抗很小，通常为几十欧姆。

这意味着它能够提供足够大的输出电流，以驱动其他负载电路。

4. 带宽：集成运算放大器的带宽是指它能够放大的频率范围。

一般来说，带宽越大，放大器能够处理的高频信号越多。

常见的集成运算放大器的带宽在几百千赫至几百兆赫之间。

5. 偏置电压：集成运算放大器的输入端存在一个偏置电压。

当输入信号为零时，输出信号也不为零，而是存在一个偏置电压。

这是由于集成运算放大器内部元件的不匹配造成的。

三、应用1. 模拟电路：集成运算放大器常用于模拟电路中，如滤波器、放大器、振荡器等。

它可以对信号进行放大、滤波、调制等处理，使得信号能够适应不同的应用场景。

集成运算放大器什么是集成运算放大器？集成运算放大器（简称为“运放”）是一种高增益、高输入阻抗、低输出阻抗的电路器件。

它可以对输入信号进行放大、求和、减法、积分、微分和滤波等操作，因此在模拟电路中具有广泛的应用。

常用的集成运算放大器类型常用的集成运算放大器类型有若干种，下面介绍常用的几种类型。

1. 双运放双运放是在同一芯片上集成了两个独立的运放，它们共享电源和地线，但具有独立的输入和输出引脚。

而且，双运放的价格比两个单独的运放的价格要便宜，在一些应用中能够节省成本。

2. 四运放四运放是在同一芯片上集成了四个独立的运放，它们共享电源和地线，但具有独立的输入和输出引脚。

四运放可以实现多路信号处理、滤波、放大等功能，并具有更高的集成度和更小的尺寸。

3. 差分运放差分运放是一种仅有一对输入的运放，它的输出与两个输入端的差值成正比。

差分运放常用于模拟信号的放大、滤波、比较等应用场景。

4. 噪声取消运放噪声取消运放是一种特殊的差分运放，它可以通过特殊的布局和电路设计抵消输入信号中的共模噪声和交流噪声。

集成运算放大器的应用由于集成运算放大器在模拟电路中具有广泛的应用，因此在许多电子设备中都可以看到它们的身影。

下面列举几个常见的应用实例。

1. 电压跟随器电压跟随器是一种特殊的集成运放放大器，它的输出电压与输入电压完全相同。

它广泛用于多级放大器电路中，能够提高电路的输入阻抗，稳定电路的工作状态，并使信号传输更加精确和可靠。

2. 滤波电路集成运算放大器在滤波电路中起到关键作用。

利用其高增益、高输入阻抗以及差分运放的特性，可以设计出各种复杂的滤波电路，如低通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器、高通滤波器等。

3. 比较器比较器是一种将输入信号与参考电压进行比较后输出正弦波的器件。

利用集成运算放大器的高增益和差分运放的特性，可以设计出高精度、高稳定性、高速度的比较器电路，常用于电压比较、波形识别、开关控制等领域。

4. 稳压电源集成运算放大器可以应用于稳压电源的反馈回路中，通过对反馈信号进行处理，使输出电压稳定，而不受输入电压和负载变化的影响。

集成运算放大器的组成以及各组成部分的特点集成运算放大器（Integrated Operational Amplifier，简称Op Amp）是一种常用的集成电路芯片，是现代电子电路中不可或缺的基础组件之一、它主要由差分放大器、电压放大器、恒流源、输出级等几个主要组成部分构成，并具有高放大倍数、高输入阻抗、低输出阻抗、宽频带等特点。

在电子电路设计和实际应用中，集成运算放大器应用广泛，被广泛应用于放大、滤波、积分、微分、比较和运算等许多各种电路。

一、差分放大器：差分放大器是集成运算放大器的核心部分，它由两个共射放大器组成的，具有以输入信号差模态进行放大的功能。

差分放大器的特点主要有以下几点：1.高增益：差分放大器的增益是非常高的，通常可以达到几万倍以上，可以在输入信号很弱的情况下放大到足够的幅度。

2.共模抑制比较高：差分放大器可以抑制输入信号的共模干扰，使得只有差模信号被放大，提高了系统的稳定性和抗干扰能力。

3.输入阻抗较高：差分放大器的输入阻抗一般在几十到几百兆欧之间，可以将输入信号的阻抗影响降到最低，不会对源产生较大的负载。

4.低失调电压：差分放大器的失调电压很小，通常只有几微伏，可以保证输出信号的准确性和稳定性。

二、电压放大器：电压放大器是集成运算放大器的主要功能之一，它可以将小信号放大到较大的幅度。

电压放大器具有以下几个特点：1.高增益：电压放大器的增益通常在几千倍到几万倍之间，可以放大输入信号的幅度，以适应后续电路的要求。

2.输入阻抗高：电压放大器的输入阻抗较高，通常在几百兆欧或以上，可以减少对源电路的负载，避免信号失真。

3.输出阻抗低：电压放大器的输出阻抗很低，通常在几十欧姆以内，可以提供较大的输出电流，提高系统的稳定性和抗干扰能力。

4.宽频带：电压放大器的带宽很宽，可以在较高的频率范围内放大信号，使得系统的传输速度更快。

三、恒流源：恒流源是集成运算放大器的重要组成部分，它主要用于提供恒定的电流源，供电放大器工作。

四、实验原理集成运算放大器是一个集成化的高放大倍数的直接耦合放大电路。

接入深度负反馈后可构成各种信号运算电路，如比例、加法、减法、积分、微分等运算电路。

信号运算电路是集成运算放大器典型的线性应用电路。

1.反相比例运算电路，如图5.1所示。

i fo u RR u -= 2.同相比例运算电路，如图5.2所示。

i fo u RR u )1(+=3.反相加法运算电路，如图5.3所示。

)(2211fi f i o u R R u R R u +-= 4.差动运算电路，如图5.4所示。

)()1(1212i i fi f i f f f o u u RR u R R u R R R R R u -=-++= 5.积分运算电路，如图5.5所示。

dt u RC u i o ⎰-=1。

图5.2 同相比例运算电路 图5.3 反相加法运算电路 10k Ω10k Ω100k Ω10k Ω图5.4 差动运算电路10k Ω10k Ω100k Ω100k Ω当积分电路输入矩形波时，在矩形波的高电平期间，电容器恒流充电，输出电压线性下降，在矩形波的低电平期间，电容器先放后充，电流恒定，输出电压线性上升，又因为电容上电压不能突变，所以积分电路可以方便地完成矩形波与三角波的转换。

当输入电压是正弦波时，则输出波形与输入波形有90o 的相位差。

6. 微分运算电路，如图5.6所示。

dtduRC u i o -=。

当微分电路输入矩形波时，输出是对应于输入矩形波前后沿的尖脉冲，当输入电压是正弦波时，则输出波形与输入波形有90o 的相位差。

五、实验预习1．计算图5.1,5.2,5.3,5.4电路输出电压的理论值，并填入相应的表格中； 2. 写出图5.5和图5.6中输出电压与输入电压的关系式；并定性画出输入为矩形波和正弦波时对应的输出电压波形图。

六、实验内容与步骤（一）基本实验任务1. 反相比例运算电路测试。

根据图5.1所示电路连接反相比例运算电路。

按照集成运算放大器的参数来分,集成运算放大器可分为如下几类。

1．通用型运算放大器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μA741（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。

2．高阻型运算放大器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 ＞1G Ω~1T Ω ,IB 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 LF355 、LF347（四运放）及更高输入阻抗的CA3130 、 CA3140 等。

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 OP07、 OP27、 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 、μA715 等 ,其 SR=50~70V/ms,BWG ＞20MHz 。

5．低功耗型运算放大器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。