集成运算放大器原理和运用

集成运算放大器原理及应用将电路的元器件和连线制作在同一硅片上，制成了集成电路。

随着集成电路制造工艺的日益完善，目前已能将数以千万计的元器件集成在一片面积只有几十平方毫米的硅片上。

按照集成度（每一片硅片中所含元器件数）的高低，将集成电路分为小规模集成电路(简称SSI) ，中规模集成电路(简称MSI), 大规模集成电路(简称LSI)和超大规模集成电路(VLSI)。

运算放大器实质上是高增益的直接耦合放大电路，集成运算放大器是集成电路的一种，简称集成运放，它常用于各种模拟信号的运算，例如比例运算、微分运算、积分运算等，由于它的高性能、低价位，在模拟信号处理和发生电路中几乎完全取代了分立元件放大电路。

集成运放的应用是重点要掌握的内容，此外，本章也介绍集成运放的主要技术指标，性能特点与选择方法。

一、集成运算放大器简介1. 集成运放的结构与符号1. 结构集成运放一般由4部分组成，结构如图1所示。

142图1 集成运放结构方框图其中：输入级常用双端输入的差动放大电路组成，一般要求输入电阻高，差摸放大倍数大，抑制共模信号的能力强，静态电流小，输入级的好坏直接影响运放的输入电阻、共模抑制比等参数。

中间级是一个高放大倍数的放大器，常用多级共发射极放大电路组成，该级的放大倍数可达数千乃数万倍。

输出级具有输出电压线性范围宽、输出电阻小的特点，常用互补对称输出电路。

偏置电路向各级提供静态工作点，一般采用电流源电路组成。

2. 特点：○1硅片上不能制作大容量电容，所以集成运放均采用直接耦合方式。

○2运放中大量采用差动放大电路和恒流源电路，这些电路可以抑制漂移和稳定工作点。

○3电路设计过程中注重电路的性能，而不在乎元件的多一个和少一个○4用有源元件代替大阻值的电阻○5常用符合复合晶体管代替单个晶体管，以使运放性能最好3. 集成运放的符号从运放的结构可知，运放具有两个输入端v P和v N和一个输出端v O，这两个输入端一个称为同相端，另一个称为反相端，这里同相和反相只是输入电压和输出电压之间的关系，若输入正电压从同相端输入，则输出端输出正的输出电压，若输入正电压从反相端输入，则输出端输出负的输出电压。

电子技术及应用
2.2 集成运算放大器
4．共模抑制比
K CMR
Aud Auc
K CMR
20 lg
Aud Auc
（dB）
电子技术及应用
2.2 集成运算放大器
2.2.3 集成运算放大器的主要参数
1．开环差模电压增益Aod
2．单位增益带宽fT 3．开环带宽fH 4．转换速率SR 5．最大输出电压Uo,max
2.3 反相与同相输入集成运算放大器
在集成运算放大器中，输入级采用差分放大电路，所以运算放大器的 差模输入电阻rid很大，在工程计算中我们可以认为rid→∞。。因此可以 认为运算放大器的同相输入端和反相输入端均无电流输入，
即： iIN=iIP=0
（以后iIN和iIP都用iI表示，iI=0），相当于开路。即iP=iN=0。
电子技术及应用
2.3 反相与同相输入集成运算放大器
2.3.1 反馈的基本概念
把放大电路的输出信号（电压或电流）的一部分或全部，通过一定的 电路（网络）送回到它的输入端，削弱原来的输入信号（电压或电流） 并共同控制该放大电路，这种连接方式称为负反馈。
输入信号 +
净输入信号=输入信号-反馈信号
比较
净输入信号 基本放大电路
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2.3 反相与同相输入集成运算放大器
2.3.2 反相输入放大器
if
Rf
R1 ii
ii' N
ui
ui'
PA
uo
RP
RL
由于输入信号加在反相输入端，输 出电压和输入电压的相位相反，因此 将它称为反相放大器。
电路由基本放大器A和反馈网络Rf组成。RL为负载电阻。uo为输出信号。 电路输入信号ui经电阻R1加在反相输入端上。电阻R1的作用是将输入电

集成运放的原理与应用1. 什么是集成运放集成运放（Integrated Operational Amplifier），简称IC运放，是一种常用的电子器件，利用集成电路技术将放大器电路的各个功能模块集成在一个芯片上，通常被用作信号放大、滤波、比较、积分和微分等电路中。

2. 集成运放的工作原理集成运放主要由差动放大器、输出级、电源、反馈回路等组成，其工作原理可以分为以下几个方面：2.1 差动放大器差动放大器是集成运放的核心部分，采用差动放大器可以使运放具有较高的增益和抗干扰能力。

差动放大器由两个输入端（非反相输入端和反相输入端）和一个输出端组成，其输入信号经过前级放大后，通过差动放大器进行放大和处理。

2.2 反馈回路运放的反馈回路主要用于控制放大倍数和稳定运放的工作状态。

常见的反馈回路包括：电压负反馈和电流反馈。

电压负反馈是指将运放输出端的一部分信号反馈到反相端，从而控制运放的增益；电流反馈是指将运放输出端的一部分电流反馈到输入端，从而限制输出端的电流。

2.3 输出级输出级是集成运放的输出部分，用于将差动放大器输出的信号经过放大和处理后输出到负载上。

输出级通常由晶体管电路组成，可以提供较大的输出电流和电压。

2.4 电源集成运放需要外部稳定的双极性供电电源，常见的工作电源电压为正负15V。

电源电压的稳定性对运放的工作性能和输出质量有重要影响。

3. 集成运放的应用集成运放广泛应用于各种电子设备和系统中，以下列举几个常见的应用场景：3.1 信号放大集成运放可以将微弱的输入信号放大到需要的幅度，常用于传感器信号的放大和处理。

3.2 比较器运放可以将输入信号与参考电平进行比较，并输出高或低电平，常用于电压比较、电压门限检测等。

3.3 滤波器利用运放的差动放大和反馈回路，可以组成各种滤波器电路，如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。

3.4 积分与微分电路运放结合电容和电阻等元件，可以实现信号的积分和微分运算，常见的应用包括信号的积分与微分、波形发生器等。

集成运算放大器的应用有哪些集成运算放大器（Operational Amplifier，简称OP-AMP) 是现代电子技术中常用的一种集成电路，广泛应用于信号放大、积分、微分、比较、滤波、波形变换、逻辑运算等电路中。

本文将介绍一些集成运算放大器的应用。

一、信号放大集成运算放大器广泛应用于信号放大电路中，其直接或变压器耦合输入方式具有低输入电阻、高输入阻抗、低噪声、高增益和宽带等特性。

在应用中，可通过精心设计放大器电路，控制反馈，实现高增益稳定运行。

二、积分电路积分电路是信号处理电路中的基本电路，它能将信号输入与时间积分，输出的是输入信号积分后的值。

集成运算放大器常用于积分电路的设计，其放大电压信号，然后通过电容对信号进行积分。

例如，在三角形波发生器电路中，可通过电容积分得到正弦波信号，而集成运算放大器的内部电路通常包含差分放大器，可将输入信号转化为电压差，用于驱动电容，完成积分计算。

三、微分电路微分电路是在信号处理中广泛应用的一种电路，它能够将信号对时间的微分操作，其输出电压是输入信号微分后的值。

集成运算放大器也常用于微分电路的设计中，可通过对输入信号进行微分计算得到输出信号。

例如，在测量热电偶温度时，可将温度信号输入到集成运算放大器中，通过差分放大器将信号转化为电压差，然后用电阻对信号进行微分计算，输出即为最终温度值。

四、比较电路比较电路是一种将两个信号进行比较然后输出比较结果的电路，它广泛应用于数字电路、自动控制、计算机硬件等领域。

集成运算放大器常用于比较电路中，它的输出能够根据电压的大小关系取两个输入信号中的一个。

例如，电压比较器是一种常见的电路，它采用集成运算放大器作为比较电路的核心元件，用于比较两个不同电压的大小关系，以便输出相应的状态。

五、滤波器滤波器是一种通过对输入信号进行滤波操作，抑制或增强特定频率信号的电路。

集成运算放大器广泛应用于滤波电路的设计中，其内部电路包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等类型。