5、第十一章 运算放大器

电路基础原理中的运算放大器解析电路基础原理是电子工程学习的重要基础，掌握其中的关键概念和原理对于理解更复杂的电路设计和工作原理至关重要。

其中一个重要的组成部分就是运算放大器（Operational Amplifier，简称Op-Amp），它在电路中扮演着重要的角色。

一、什么是运算放大器？运算放大器是一种用于放大电路信号的集成电路元件。

它具有两个输入端（非反相输入端和反相输入端）和一个输出端。

运算放大器本身有非常高的增益，因此可以将微弱的输入信号放大到可用的幅度，在电路设计中起到重要作用。

二、运算放大器的基本原理1. 差分放大器运算放大器的非反相输入端和反相输入端构成了差分放大器，它通过比较两个输入端的电压差来产生输出信号。

差分放大器可以将输入信号在幅度上放大，并且可以通过外部电阻的调整来控制放大倍数。

2. 输入阻抗和输出阻抗运算放大器的输入阻抗非常高，说明它几乎不吸收输入信号的电流，而输出阻抗很低，能够在输出信号不受外界干扰的情况下提供准确的电压输出。

3. 开环增益和反馈运算放大器的开环增益非常高，一般可以达到10^5至10^6之间。

为了使运算放大器能够工作在稳定状态并有预期的放大效果，需要进行反馈控制。

反馈电路通过将一部分输出信号反馈到输入端，达到稳定放大的作用。

4. 负反馈在运算放大器的反馈中，负反馈是最常用的形式。

负反馈通过将一部分输出信号反向加在输入端，从而使运算放大器的输入信号与期望输出信号之间的差异减小，提高了电路的稳定性和准确性。

三、运算放大器的应用1. 比较器运算放大器可以作为比较器使用，比较两个输入信号的大小，输出高电平或低电平，用于触发其他电路的动作。

2. 滤波器运算放大器可以与电容和电感等元件结合，构成滤波器电路，对不同频率的信号进行滤波处理。

3. 仪器放大运算放大器可以作为仪器放大电路的核心部件，将微小的信号放大到可测量的幅度，如放大心电图仪的心电信号。

4. 信号发生器运放可以构成简单的信号发生器电路，通过正弦波、方波等信号的输入，产生不同频率和幅度的输出信号。

1.运算放大器开发尽管“运算放大器”一词现在已经完全融入了当今的电子术语中，但人们可能没有意识到它可以追溯到1947年发表的一篇论文。

这描述了在当时的模拟计算机中使用这些放大器进行的工作。

运算放大器电路符号然而，直到1960 年代，随着集成电路技术的广泛引入，这些放大器的概念才得以完全实现。

1963年，推出了第一款单片集成电路运算放大器。

这是仙童半导体的μA702，由他们的工程师Bob Widlar设计。

1965年晚些时候，μA702的改进版推出。

同样由仙童生产的是μA709，它是第一个广泛使用的运算放大器。

它运行良好，克服了¶micro 的一些问题;A702，尽管有必要对放大器进行外部补偿以防止其振荡。

1968年，非常著名的μA741首次推出。

该运算放大器通过在芯片内的芯片中集成一个小的30pF电容来解决不稳定问题。

这意味着不需要外部补偿组件。

将补偿添加到实际芯片中，使741能够得到特别广泛的使用，事实上，直到今天，它仍然由一些公司制造。

此外，引脚配置也已延续到当今许多运算放大器芯片中。

从那时起，许多运算放大器芯片已经推出，在输入阻抗、低失调、低噪声等方面提供改进的性能，并已嵌入到模拟电子电路设计中。

现在，运算放大器已成为整个电子行业使用的基本构件。

尽管它们已经存在了一段时间，但它们的使用似乎不太可能下降。

2.什么是运算放大器？基础知识运算放大器非常接近于具有无限增益、无限输入阻抗和零输出阻抗的完美放大器。

实际上，运算放大器并不能达到完美，但增益通常在100，000或更高，输入阻抗水平为Megohms和更多，输出阻抗水平非常低，它们足够接近，在大多数情况下可以忽略缺陷。

运算放大器有两个输入。

一个称为反相输入，在电路原理图上标有“-”号。

另一个是同相输入，用“+”号标记。

运算放大器基本上是一个差分放大器，因为输出与两个输入之间的电压差成正比。

运算放大器等效电路两个输入的名称来自它们放大信号的方式：同相输入：运算放大器同相输入在电路图上用“+”号标记。

《运算放大器》PPT 课件目录CONTENTS•运算放大器概述•运算放大器的工作原理•运算放大器的应用•运算放大器的选择与使用•运算放大器的性能指标•运算放大器的设计实例01运算放大器概述0102运算放大器的定义它能够实现加、减、乘、除等基本算术运算，因此得名“运算放大器”。

运算放大器（简称运放）是一种具有高放大倍数的电路单元，其输出信号与输入信号之间存在一定的数学关系。

运算放大器的开环放大倍数极高，一般在10^4~10^6之间。

高放大倍数运算放大器的输入阻抗很大，使得它对信号源的影响很小。

输入阻抗高运算放大器的输出阻抗很小，使得它对负载的影响也很小。

输出阻抗低运算放大器对共模信号的抑制能力很强，能够有效地抑制温漂和干扰信号。

共模抑制比高运算放大器的基本特点可以分为通用型、高精度型、高速型、低功耗型等。

按性能指标分类按电路结构分类按工作原理分类可以分为分立元件型和集成电路型。

可以分为线性运放和开关电容型运放。

030201运算放大器的分类02运算放大器的工作原理1 2 3差分输入是指运算放大器使用两个输入信号的差值作为输入，以实现更高的精度和抑制噪声。

差分输入电路可以消除共模信号，只对差模信号进行放大，从而提高信号的信噪比。

差分输入电路的对称性和平衡性对放大器的性能有重要影响，因此需要精心设计和选择合适的元件。

差分输入放大倍数01放大倍数是运算放大器的重要参数，表示输出电压与输入电压的比值。

02运算放大器的放大倍数很高，通常在100dB以上，即放大10万倍以上。

03放大倍数可以通过外接电阻和电容进行调节，以满足不同的应用需求。

输出电压与输入电压的关系01输出电压与输入电压的关系是运算放大器的基本工作特性之一。

02当输入电压变化时，输出电压会相应地变化，以保持放大倍数恒定。

03输出电压与输入电压的关系是非线性的，但在一定的线性范围内，可以近似认为放大倍数是恒定的。

非线性范围是指输入电压超过一定范围时，输出电压与输入电压不再成正比关系，放大倍数发生变化。

运算放大器基础知识概要运算放大器（Operational Amplifier，简称OP-AMP）是一种重要的电路元件，被广泛应用于电子工程中。

它由一个差分输入和一个差分放大器组成，具备高增益、高输入阻抗和低输出阻抗等特性。

本文将对运算放大器的基础知识进行概要介绍。

一、运算放大器的基本结构运算放大器通常由差分放大器、级联放大器和输出级组成。

差分放大器是运算放大器的核心部分，它由一对输入电压分别连接到放大器的非反相输入端（+）和反相输入端（-）。

通常，差分放大器还配备一个负反馈网络，将输出信号与输入信号进行比较，以实现放大器的稳定性和精确性。

二、运算放大器的主要参数1. 增益：运算放大器的增益指的是输入信号与输出信号之间的比例关系。

与放大器中的电压增益AV有关的参数有开环增益Ao和封闭环增益Af。

2. 输入电阻和输入偏置电流：输入电阻是衡量运算放大器对输入电流的敏感度的指标，通常用欧姆（Ω）表示。

输入偏置电流则是指差分输入端的电流不一致性。

3. 输出电阻：输出电阻是指运算放大器的输出端对负载电阻的影响，输出电阻越小，输出电压对负载的影响越小。

4. 带宽和相位裕度：运算放大器的带宽是指其放大功能有效的频率范围，相位裕度则是指输出信号相对于输入信号的相移。

5. 失调电压和失调电流：运算放大器的失调电压是指在输入信号为零时输出信号的基准电平。

失调电流是指在输入电路中存在的任何源产生的电流不平衡。

三、运算放大器的应用领域运算放大器广泛应用于模拟电路和数字电路中。

在模拟电路中，它可以用于电压放大、电流放大、信号滤波、加法器、减法器、积分器等。

在数字电路中，运算放大器可以用作比较器、电压参考源等。

结语运算放大器是电子工程中不可或缺的一部分，通过差分放大、反馈控制等功能，实现了信号的放大、稳定性和精确性。

本文概要介绍了运算放大器的基础知识，包括其基本结构、主要参数和应用领域，为读者提供了一个初步了解运算放大器的视角。

运算放大器基本原理与应用运算放大器（Operational Amplifier，简称Op-Amp）是一种用于执行各种电路运算和信号处理任务的集成电路。

其基本原理是利用电流反馈和电压反馈来放大输入信号，并输出放大后的信号。

运算放大器广泛应用于模拟电路中，如滤波器、放大器、比较器等。

一、基本原理运算放大器的基本结构由差动放大器和输出级组成。

差动放大器由两个输入端和一个共模输入端构成，通过差动输入端的输入电压来放大输入信号。

输出级则将差动放大器的输出信号放大，并输出到外部电路。

运算放大器有两个基本特性：增益和带宽。

增益即输入与输出电压之间的比例关系，一般用放大倍数表示。

带宽则是指运算放大器能够放大输入信号的频率范围。

一般来说，增益与带宽成反比。

二、应用领域1. 滤波器：运算放大器可以用作激励和反馈信号之间的连接，并根据电路配置实现不同的滤波功能。

例如，通过对运算放大器的反馈电阻和电容进行调节，可以实现低通、高通、带通和带阻滤波器。

2. 放大器：运算放大器可以用作放大输入信号的电压，使其具有更大的幅度。

通过调整反馈电阻和输入电阻的比例，可以实现不同的放大倍数。

运算放大器的高增益和低失真特性使其成为理想的信号放大器。

3. 比较器：运算放大器可以用作比较两个输入信号的电压大小。

当一个输入信号大于另一个输入信号时，输出电压为高电平；反之，输出电压为低电平。

这种比较功能广泛应用于电压比较器、开关电路等领域。

4. 数模转换：运算放大器可以将模拟信号转换为数字信号。

通过将模拟输入信号与参考电压进行比较，可以实现输入信号的数字化。

运算放大器在数据采集、传感器测量等领域中具有重要作用。

5. 电压跟随器：运算放大器可以用作电压跟随器，将输入信号的电压复制并输出。

这在需要匹配电路的输入阻抗和输出阻抗时非常有用。

电压跟随器通常用于信号缓冲、阻抗匹配等应用。

三、总结运算放大器是一种常见且功能强大的集成电路，广泛应用于模拟电路中。

运算放大器作用通俗讲解
运算放大器（简称“运放”）是一种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，其输出信号可以是输入信号加、减或微分、积分等数学运算的结果。

由于早期应用于模拟计算机中用以实现数学运算，因而得名“运算放大器”。

通俗来说，运算放大器就像一个“转换器”或者“处理器”，能够把输入的信号按照一定的规则和算法进行放大、缩小、相加、相减等处理，并将结果输出。

它广泛应用于各种电子设备中，例如音响设备、通信设备、传感器等等。

通过使用运算放大器，人们可以更好地控制和调节电子设备的性能和参数，使其满足各种不同的需求。

具体来说，运算放大器的作用有很多种，例如：
1.放大信号：运算放大器可以将输入的微弱信号放大成较大的
信号，使其能够满足后续电路的需求。

2.比较信号：将两个信号进行比较，输出一个二进制信号（例
如高电平或低电平），类似于一个比较器。

3.积分和微分：运算放大器可以对输入的信号进行积分和微分
运算，输出一个与输入信号成比例的时间函数。

4.滤波：通过对输入信号进行滤波处理，可以滤除不必要的噪
声和干扰，提取出有用的信号成分。

5.振荡和调制：运算放大器可以用于产生振荡信号和调制信号，
用于各种频率合成和调制解调的应用。

总之，运算放大器是一种非常重要的电子元件，在各种电子设备和系统中得到了广泛的应用。

通过了解和掌握运算放大器的原理和作用，人们可以更好地设计和应用各种电子系统，提高其性能和稳定性。

（2）并联负反馈使输入电阻减少由于基本放大电路与反馈电路在输入回路中并联，如图所示，由于，在相同的V i作用下，因I f的存在而使I i增加，因此，并联负反馈使输入电阻R if=V i/I i减小。

所以，并联负反馈使输入电阻减小倍。

●负反馈对放大电路输出电阻的影响◆电压负反馈使输出电阻减小电压负反馈取样于输出电压，又能维持输出电压稳定，即是说，输入信号一定时，电压负反馈的输出趋于一恒压源，其输出电阻很小。

有电压负反馈时的闭环输出电阻为无反馈时开环输出电阻的1/(1+ )①。

反馈愈深，R of愈小。

◆电流负反馈使输出电阻增加电流反馈取样于输出电流，能维持输出电流稳定，就是说，输入信号一定时，电流负反馈的输出趋于一恒流源，其输出电阻很大。

有电流负反馈时的闭环输出电阻为无反馈时开环输出电阻的1/(1+ )倍。

反馈愈深，R of愈大11.2.5 深度负反馈放大电路近似计算的一般方法● 近似计算的根据 根据和的定义 ，在 中，若 ， 则 即 所以有此式表明，当 时，反馈信号 与输入信号 相差甚微，净输入信号 甚小，因而有对于串联负反馈有 （虚短）， ；对于并联负反馈有 、， （虚断）。

利用“虚短”、“虚断”的概念可以以快速方便地估算出负反馈放大电路的闭环增益 或闭环电压增益。

● 近似计算的方法1．判别反馈类型，正确识别并画出反馈网络。

注意电压取样时不要把直接并在输出口的电阻计入反馈网络；电流求和时不要把并在输入口的电阻计入反馈网络。

2．在反馈网络输入口标出反馈信号：电压求和为开路电压fv ，电流求和时为短路电流fi ，再由反馈网络求出反馈系数F 。

要注意标fv 时在反馈网络入口标上正下负；标fi 时必须在反馈网络入口以上端流入为参考方向。

3．求闭环增益 ，注意不同的反馈类型fA 的量纲不同。

4．由fA 求闭环源电压增益vsfA 。

电压取样电压求和时：s f vsf v v A A 0==电压取样电流求和时：00f vsf s s s sA v vA v i R R ===电流取样电压求和时：00L vsf f Ls sv i R A A R v v ''⋅'===电流取样电流求和时：00f L L vsfs s s sA R v i R A v i R R '''⋅===⋅其中：0i '是输出管的管端输出电流，即取样电流。

运算放大器工作原理运算放大器（Operational Amplifier，简称Op-Amp）是一种重要的电子元件，广泛应用于模拟电路中。

它是一种差分放大器，能够将微小的输入信号放大成较大的输出信号，同时具有高输入阻抗、低输出阻抗等特点。

在电子技术领域，运算放大器的工作原理是非常重要的基础知识，本文将对运算放大器的工作原理进行详细介绍。

首先，我们来看一下运算放大器的基本结构。

运算放大器通常由一个差分输入级、一个级联的电压放大器和一个输出级组成。

差分输入级由两个输入端和一个差分放大电路组成，它能够实现对输入信号的放大。

级联的电压放大器通常由多级共射放大器组成，用于进一步放大信号。

最后是输出级，它通常由一个输出级放大器组成，用于输出放大后的信号。

整个结构简单明了，但却能够实现高性能的信号放大功能。

接下来，我们来详细了解一下运算放大器的工作原理。

运算放大器的工作原理主要包括差分输入放大、反馈放大和输出放大三个方面。

首先是差分输入放大。

运算放大器的差分输入级能够实现对输入信号的放大。

当有输入信号加到运算放大器的输入端口时，差分输入级会将这个信号放大，然后传递给级联的电压放大器。

差分输入放大是运算放大器实现信号放大的第一步，也是整个放大过程的基础。

接下来是反馈放大。

在运算放大器中，反馈放大是一种非常重要的放大方式。

通过反馈网络，部分输出信号被送回到输入端口，从而影响输入端口的电压，实现对输入信号的放大。

反馈放大能够有效控制运算放大器的放大倍数和频率特性，使得运算放大器能够更加稳定和可靠地工作。

最后是输出放大。

输出放大是运算放大器将放大后的信号输出到负载的过程。

输出级通常由一个输出级放大器组成，它能够将放大后的信号输出到负载，并且具有较低的输出阻抗。

输出放大是整个放大过程的最后一步，它能够保证运算放大器的输出信号质量和稳定性。

总的来说，运算放大器的工作原理是基于差分输入放大、反馈放大和输出放大三个方面的。

通过这些工作原理，运算放大器能够实现对输入信号的高性能放大，从而在模拟电路中发挥着重要的作用。