运算放大器基本知识

模电第六章知识点总结

一、运算放大器（Operational Amplifier，简称Op Amp）

1. 运算放大器的基本概念：

运算放大器是一种主要用于进行信号放大、滤波、比较、积分等运算的集成电路。它具有高输入阻抗、低输出阻抗、大增益、高共模抑制比和宽带宽等特点。

2. 运算放大器的基本结构：

运算放大器通常由一个差分放大器和一个输出级组成。差分放大器提供了高增益和高输入阻抗，而输出级则提供了低输出阻抗和大功率放大。

3. 运算放大器的理想特性：

理想的运算放大器具有无穷大的输入阻抗、零的输入偏置电压、无穷大的增益、无限带宽和零的输出阻抗。

4. 运算放大器的实际特性：

实际的运算放大器会受到限制，例如有限的共模抑制比、有限的带宽、输入偏置电压和温度漂移等。

5. 运算放大器的虚短片段模型：

运算放大器可以用虚短片段模型来进行分析，其中将输入端和输出端分别连接到地和反馈节点，其他端口则可以忽略。

6. 运算放大器的常见应用：

运算放大器常用于反馈放大电路、比较器电路、积分电路、微分电路、滤波电路等。

7. 运算放大器的反馈模式：

运算放大器的反馈模式主要包括正反馈和负反馈。负反馈可以稳定放大器的增益和频率特性，而正反馈则会增加放大器的增益和非线性失真。

二、电压比较器

1. 电压比较器的基本概念：

电压比较器是一种将两个电压进行比较，并输出相应逻辑电平的集成电路。它通常具有高增益、快速响应和高输出驱动能力等特点。

2. 电压比较器的工作原理： 电压比较器通过将两个输入电压进行比较，当一个电压高于另一个电压时，输出为高电平；反之则为低电平。

3. 电压比较器的应用：

电压比较器广泛应用于电压检测、开关控制、信号处理、电压测量和触发器等领域。

总结：模电第六章主要介绍了运算放大器和电压比较器的基本概念、工作原理、特性和应用。掌握这些知识点，可以为我们设计和分析各种电路提供基础。同时，对于提高我们的工程能力和电子技术水平也是非常有用的。

运算放大器基本电路大全

我们经常看到很多非常经典的运算放大器应用图集，但是这些应用都建立在双电源的基础上，很多时候，电路的设计者必须用单电源供电，但是他们不知道该如何将双电源的电路转换成单电源电路。

在设计单电源电路时需要比双电源电路更加小心，设计者必须要完全理解这篇文章中所述的内容。

1．1 电源供电和单电源供电

所有的运算放大器都有两个电源引脚，一般在资料中，它们的标识是VCC＋和VCC－，但是有些时候它们的标识是VCC＋和GND。这是因为有些数据手册的作者企图将这种标识的差异作为单电源运放和双电源运放的区别。但是，这并不是说他们就一定要那样使用――他们可能可以工作在其他的电压下。在运放不是按默认电压供电的时候，需要参考运放的数据手册，特别是绝对最大供电电压和电压摆动说明。

绝大多数的模拟电路设计者都知道怎么在双电源电压的条件下使用运算放大器，比如图一左边的那个电路，一个双电源是由一个正电源和一个相等电压的负电源组成。一般是正负15V，正负12V和正负5V也是经常使用的。输入电压和输出电压都是参考地给出的，还包括正负电压的摆动幅度极限Vom以及最大输出摆幅。

单电源供电的电路(图一中右)运放的电源脚连接到正电源和地。正电源引脚接到VCC＋，地或者VCC－引脚连接到GND。将正电压分成一半后的电压作为虚地接到运放的输入引脚上，这时运放的输出电压也是该虚地电压，运放的输出电压以虚地为中心，摆幅在Vom 之内。

有一些新的运放有两个不同的最高输出电压和最低输出电压。这种运放的数据手册中会特别分别指明Voh 和Vol 。需要特别注意的是有不少的设计者会很随意的用虚地来参考输入电压和输出电压，但在大部分应用中，输入和输出是参考电源地的，所以设计者必须在输入和输出的地方加入隔直电容，用来隔离虚地和地之间的直流电压。(参见1.3节)

通常单电源供电的电压一般是5V，这时运放的输出电压摆幅会更低。另外现在运放的供电电压也可以是3V 也或者会更低。出于这个原因在单电源供电的电路中使用的运放基本上都是Rail－To－Rail 的运放，这样就消除了丢失的动态范围。

集成运算放大器的基本应用(Ⅰ)

─ 设计一个模拟运算电路 ─

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。

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 ri=∞

输出阻抗 ro=0

带宽 fBW=∞

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UO与输入电压之间满足关系式

UO＝Aud（U+－U－）

由于Aud=∞，而UO为有限值，因此，U+－U－≈0。即U+≈U－，称为“虚短”。

（2）由于ri=∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即IIB＝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。 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、示波器

6、集成运算放大器OP07×1、电阻1K、2K、10K、50K。

四、实验内容

采用集成运算放大器和给定的电阻设计实现下列运算函数关系：

I2I1O25uuu

1、给出两组输入，测量数据并，记入表1中。计算放大倍数AV，与理论值比较。

表1

2、Ui1、Ui2给两组直流值，测量输出电压并与理论值比较，完成表2

表2

五、实验总结

1、 整理实验数据，画出波形图。

uo0t+_+_++－－VCCuuci1i2TT12RcRbRbRouREEeV运算放大器知识点总结

1、 部分组成

偏置电路，输入级，中间级，输出级。

2、零点漂移：

（1）表现：

输入ui=0时，输出有缓慢变化的电压产生。

（2）原因：

由温度变化引起的。当温度变化使第一级放大器的静态工作点发生微小变化时，这种变化量会被后面的电路逐级放大，最终在输出端产生较大的电压漂移。因而零点漂移也叫温漂。

（3）衡量方法：

将输出漂移电压按电压增益折算到输入端计算。

例如

100,=u1A

100=u2A

10000=uA

如果输入等效为100uV，漂移为1V。

（4）减小漂移的措施：

采用差动放大电路

采用温度补偿，非线性元件

3

运放的输入级一般采用差动放大电路。

差动放大电路又称差分放大电路，它的输出电压与两个输入电压之差成正比。它能较好地克服直接耦合放大器的零点漂移问题，是集成运算放大器的基本组成单元。

结构如右图：

（1）对称性结构

1=2=

UBE1=UBE2= UBE

rbe1= rbe2= rbe

RC1=RC2= RC

Rb1=Rb2= Rb

（2）信号分类

差模信号：i2i1id=uuu +++—-Re1b1Rc1RT1ouuiTV2CCRe2VEE+++—-Re1b1Rc1RT1ouuiTV2CCRe2VEE+-+_oVi2uuRi1－+LuEERR+1TT－RCCbRRVc2cb31RR2T3共模信号：)(21=i2i1icuuu

差模电压增益：idodud=uuA

共模电压增益：icocuc=uuA

总输出电压：icucidudocodo=uAuAuuu

（3）共模抑制比：ucudCMR=AAK

计算公式：bebeCMRrRRK

加大Re，可以提高共模抑制比。为此可用恒流源T3来代替Re 。

（4）恒流源的作用

等效很大的交流电阻，直流电阻并不大。恒流源使共模放大倍数减小，而不影响差模放大倍数，从而增加共模抑制比。