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运算放大器基础和基本运算电路

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第一节 运算放大器基础

一、集成电路与集成运算放大器

1．集成电路概念

把具有某项功能的电路元件（二极管、晶体管、小电阻、小电容等）和连

接导线集中制作在一块半导体芯片上，组成具有该功能的整体。

2．分类

模拟集成电路、数字集成电路。

（1）模拟集成电路

用于处理模拟信号，即用于放大或改变连续变化的电压或电流信号。运算

放大器就是模拟集成电路中重要产品之一。

优点：体积小、可靠性高、成本低、温度特性好、通用性和灵活性强。

（2）数字集成电路

用于处理数字信号的电路，即处理不连续变化的电压或电流信号。数字集

成电路是用量最大的集成电路。

二、运算放大器的内部和外部电路

1．内部电路

组成：

使用时将它视为一个整体，注意了解它的外部特性和各个引出线的用途。

2．外部电路

外部接线如图所示

（1）反相输入端，用“-”标示，表示输出信号与输入信号相位相反。

（2）同相输入端，用“+”标示，表示输出信号与输入信号相位相同。

（3）信号输出端，用U

o表示。

（4）正、负电源端，用U

P和U

N标示。

（5）外接直流零点调节电位器。

（6）外接相位补偿电路端。

（7）接地端。

3．运算放大器的图形符号

三、运算放大器的基本特性

运算放大器电路复杂，精确计算十分困难，但只要突出其主要性能，使其

理想化，就可大大简化分析与计算。

（1）开环差分电压增益

（2）开环差分输入电阻

（3）输出电阻 （4）频带宽度 BW→

（5）温度引起的电压漂移 0V

综合上述特性可得到理想运放的两个结论：

1．“虚短”：运算放大器两输入端电位相等U

P = U

N。

2．“虚断”：理想运算放大器的输入电流等于零I

N = I

P = 0。

这两个结论可以大大简化运算放大电路的分析过程，在实际中运算放大器

的特性很接近理想特性，所以来分析实际电路是可行的。

第二节 运算放大器的基本运算电路

一、反相比例运算电路电路

——反馈电阻，接在输出端与反相端之间，构成深度负反馈。

——输入电阻，为输入平衡电阻，且＝//。保证两个输入端的

外接电阻平衡，使电路处于平衡对称的工作状态，信号从反相输入端与地之间加入。

——反相比例运算电路的电压放大倍数亦称为闭环放大倍数。

2．分析

根据理想运放的结论2（虚断），所以U

N = 0，反相输入端可看作是地，称

为虚地。I

N = I

P = 0，两输入端电流为0，即IN = 0，可得出：If = I1和U

N = 0，根据结论1，U

P = U

N，因为UP = 0可得关系式

（虚地）

（虚地）所以即

（虚断，I

f = I

1）

小结：

（1）反相比例运算电路的放大倍数仅由外接电阻和的比值决定，与

运放本身参数无关。

（2）输出电压与输入电压相位相反，大小成一定比例关系，即完成了对输

入信号的比例运算。

（3）对反相比例运算放大器，根据理想条件UP = UN＝0，即反相端电位等

于0，称为“虚地”。虚地并非真正接地，不能将反相端看作与地短路，那样信

号就无法输入到运放中去了。“虚地”是反相输入运算放大器的重要特点。

二、同相比例运算电路

1．电路

信号从同相端输入，反馈信号加在反相端，为平衡电阻且＝//

2．根据理想运放的两个特点有

UP = UN = U

i （虚短、虚断）

If = (U

i -U

o) /R

f

I1 = -(Ui /R1)

I1 = If （虚断）

可得

Uo = [(R1 + Rf) / R1] Ui或

3．小结

（1）输出电压与输入电压成比例，且相位相同，所以称同相比例运算放大

器。

（2）同相比例运算放大器电路的闭环电压放大倍数只与外接电阻和有关，只要保证和的值精确，就能得到精确和稳定性能都很高的闭环放大倍

数。

（3）/比值必为正，所以闭环增益大于或等于1（K

f = 0时）。

三、加法运算

1．电路特点

在反相比例运算放大器的基础上增加几个输入支路所构成。

2．分析根据理想运放特点，和 ，可得如下关系式

（虚断）其中，

（虚地）同理所以上式表明，输出电压等于各输入电压按不同比例相加之和，如果取则可化简为若取，则上式说明，输入电压等于各输入电压之和，完成了信号的加法运算，输入电阻

[例10-1] 用反相加法器实现的运算，要求输入电阻不低

于4 kW，试选定电阻的值。

解：将式与式比较可得

即取 选定，则则

四、减法运算

1．电路

2．分析

在运算放大器的同相输入端和反相输入端都加入信号时，则反相比例运算

和同相比例运算同时进行，根据理想运算放大器的两个结论，可得 （虚断）整理后两式得当外电路的电阻满足平衡对称条件时化简上式为

3．结论

上式说明，输出电压U

o与两个输入电压的差值

成正比，即电路实现了减法运算。所以电路又称为差分比例运算放大器。

小结

1．集成运算放大器性能理想化后可利用其理想特性简化运算电路的分析

（理想化特性有5条）。

2．理想运算放大器的两个重要结论：U

N = U

P，I

N = I

P = 0（虚短、虚断）。

3．反相比例运算电路的闭环电压放大倍数：AUF = - R

F / R

1。

4．虚地的概念：反相输入运算放大器的反相输入端电位为“零”，称“虚

地”。

5．同相比例运算放大电路的闭环放大倍数：AUF = 1＋ R

F / R

1。

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经典的运算放大器基本电路大全

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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)

图一

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。需要特别指出的是输入和输出不一定都能够承受Rail－To－Rail 的电压。虽然器件被指明是轨至轨(Rail－To－Rail)的，如果运放的输出或者输入不支持轨至轨，接近输入或者接近输出电压极限的电压可能会使运放的功能退化，所以需要仔细的参考数据手册是否输入和输出是否都是轨至轨。这样才能保证系统的功能不会退化，这是设计者的义务。

运算放大器基本电路大全

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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。

运算放大器基本电路大全 2

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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)

图一

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

集成运算放大器的基本应用─模拟运算电路

集成运算放大器的基本应用─模拟运算电路

1 实验题目: 集成运算放大器的基本应用─模拟运算电路

实验时间：_2016年11月14号________

班级：___14物本2班____学号:_2014294222_____姓名：_梁国烈___

一、实验预习

1、实验目的

（1）熟悉集成运放的正确使用方法。

（2）研究由集成运算放大器组成的比例、加法、减法等基本运算电路的功能。

2、实验原理及内容（简明扼要，主要是实验接线图）

（一）实验原理

（1）反相比例运算电路。

反相比例运算电路原理如图3－8所示。对于理想运放， 该电路的输出电压与输入电压之间的关系为

为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻R2＝R1 // RF。

Ui

R110KΩ32RF 100KΩR29.1KΩRW100KΩ15-12V4+12V67U0AuA741

图3－8 反相比例运算电路

（2)同相比例运算电路。

同相比例运算电路原理如图3－9(a)，它的输出电压与输入电压之间的关系为 iii1FOU10U10100URRU 2 iii1FOU11U)101001()URR(1U， R2＝R1 // RF

当R1→∞时，UO＝Ui，即得到如图3－9(b)所示的电压跟随器。图中R2＝RF，用以减小漂移和起保护作用。一般RF取10KΩ， RF太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。

Ui

R110KΩ32RF 100KΩR29.1KΩRW100KΩ15-12V4+12V67U0AuA741 Ui

32RF 10KΩR210KΩRW100KΩ15-12V4+12V67U0AuA741

（a) 同相比例运算电路 (b) 电压跟随器

图3-9 同相比例运算电路

（3)反相加法电路。