运算放大器(1)

运算放大器的工作原理运算放大器是一种广泛应用于电子电路中的重要器件，它常用于信号处理、仪器测量、自动控制等领域。

在很多电路设计中，我们都会涉及到运算放大器。

那么，究竟什么是运算放大器，它的工作原理又是怎样的呢？运算放大器通常是一个有两个输入端和一个输出端的电路元件。

它一般被设计成使用电源电压进行工作，通常被标记为正极性输入端（+）和负极性输入端（-）。

通过这两个输入端，可以将输入信号传送到运算放大器中。

同时，通过反馈回路将输出信号的部分返回到输入端，这就是运算放大器的基本工作原理之一。

在理想情况下，运算放大器有着极高的输入阻抗和无穷大的增益。

这意味着无论输入信号的大小如何，它都不会对外部电路产生影响，且输出信号的增益是无限大的。

然而，实际运算放大器并不完全符合理想模型，因此在实际应用中需要考虑一些非理想因素。

运算放大器的工作原理可以用一个简单的反馈电路来解释。

在一个典型的反馈电路中，负反馈是最常见的类型。

通过负反馈，部分输出信号被送回到输入端，与输入信号进行比较。

当输入信号增大时，放大器的输出信号也会增大，但经过反馈后又会抑制这种增加，保持系统稳定。

另一方面，运算放大器还具有很高的共模抑制比和功率供应拒绝率。

共模抑制比是指在两个输入端上出现相同信号时，运算放大器能够抑制这种共有信号，只放大差分信号。

功率供应拒绝率是指运算放大器在输出时排除输入端供电电源的信号，使输出更准确和稳定。

总的来说，运算放大器是一种功能强大的电路元件，它的工作原理基于反馈回路和理想放大器模型。

通过适当的电路设计和应用，运算放大器可以在各种电子电路中发挥关键作用，实现信号放大、滤波、比较等功能。

对于电子工程师和电路设计师来说，深入理解运算放大器的原理和特性是十分重要的。

1。

一阶运算放大器电路一、引言运算放大器，作为模拟电子电路的核心元件，广泛应用于各个领域。

一阶运算放大器电路作为运算放大器的基础结构，具有重要的理论和实践价值。

本文将从一阶运算放大器电路的原理、设计、仿真与测试、优化等方面进行全面阐述，以期为读者提供实用的参考。

二、一阶运算放大器电路的原理1.运算放大器的概念运算放大器，又称为模拟乘法器，是一种具有广泛应用的模拟电路。

它能够将两个输入信号的差值放大，并输出与输入信号幅度成比例的电压信号。

2.一阶运算放大器的工作原理一阶运算放大器，即单级运算放大器，是由一个输入级和一个输出级组成的。

输入级实现电压放大，输出级则负责将放大后的信号进行缓冲和输出。

在一阶运算放大器中，输入级的放大倍数远大于1，而输出级的放大倍数接近1。

3.运算放大器的应用领域运算放大器在信号放大、滤波、模拟计算等领域具有广泛的应用。

其中，一阶运算放大器电路作为基础模块，可以方便地搭建各类放大器和滤波器等电路。

三、一阶运算放大器电路的设计1.设计步骤和方法设计一阶运算放大器电路，首先需要确定电路的性能指标，如增益、带宽、输入和输出阻抗等。

然后，选择合适的运算放大器型号，根据电路性能指标计算电阻和电容的值。

最后，进行电路布局和焊接，完成电路设计。

2.电路元件的选择在设计一阶运算放大器电路时，应选择合适的电阻、电容和运算放大器。

电阻可以选择碳膜电阻或金属膜电阻，电容可以选择陶瓷电容或电解电容。

运算放大器应根据电路性能指标选择，如增益、带宽等。

3.设计实例解析以设计一个增益为10、带宽为100kHz的一阶运算放大器电路为例，可以选择一个增益带宽积大于100kHz的运算放大器，如OP07。

然后，根据电路性能指标计算电阻和电容的值，最后进行电路布局和焊接。

四、一阶运算放大器电路的仿真与测试1.电路仿真软件介绍电路仿真软件可以模拟电路的工作状态，预测电路性能。

常见的电路仿真软件有Multisim、PSPICE等。

运算放大器基本原理及应用一． 原理(一） 运算放大器1.原理运算放大器是目前应用最广泛的一种器件;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..运算放大器一般由4个部分组成;偏置电路;输入级;中间级;输出级..图1运算放大器的特性曲线 图2运算放大器输入输出端图示图1是运算放大器的特性曲线;一般用到的只是曲线中的线性部分..如图2所示..U -对应的端子为“-”;当输入U -单独加于该端子时;输出电压与输入电压U -反相;故称它为反相输入端..U +对应的端子为“＋”;当输入U +单独由该端加入时;输出电压与U +同相;故称它为同相输入端..输出：U 0= AU +-U - ； A 称为运算放大器的开环增益开环电压放大倍数.. 在实际运用经常将运放理想化;这是由于一般说来;运放的输入电阻很大;开环增益也很大;输出电阻很小;可以将之视为理想化的;这样就能得到:开环电压增益A ud =∞；输入阻抗r i =∞；输出阻抗r o =0；带宽f BW =∞；失调与漂移均为零等理想化参数..2.理想运放在线性应用时的两个重要特性输出电压U O 与输入电压之间满足关系式：U O ＝A ud U +－U －;由于A ud =∞;而U O 为有限值;因此;U +－U －≈0..即U +≈U －;称为“虚短”..由于r i =∞;故流进运放两个输入端的电流可视为零;即I IB ＝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.. 3. 运算放大器的应用 1比例电路所谓的比例电路就是将输入信号按比例放大的电路;比例电路又分为反向比例电路、同相比例电路、差动比例电路.. a 反向比例电路反向比例电路如图3所示;输入信号加入反相输入端:图3反向比例电路电路图对于理想运放;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R ’＝R 1 // R F ..输出电压U 0与输入电压U i 称比例关系;方向相反;改变比例系数;即改变两个电阻的阻值就可以改变输出电压的值..反向比例电路对于输入信号的负载能力有一定的要求.. b 同向比例电路同向比例电路如图4所示;跟反向比例电路本质上差不多;除了同向接地的一段是反向输入端:图4 同相比例电路电路图它的输出电压与输入电压之间的关系为：； R’＝R 1 // R F只要改变比例系数就能改变输出电压;且U i 与U 0的方向相同;同向比例电路对集成运放的共模抑制比要求高.. c 差动比例电路差动比例电路如图5所示;输入信号分别加在反相输入端和同相输入端:图5 差动比例电路电路图其输入和输出的关系为：i1f O U R R U -=i1fO )U R R (1U +=可以看出它实际完成的是：对输入两信号的差运算.. 2和/差电路 a 反相求和电路其电路图如图6所示输入端的个数可根据需要进行调整:图6 反相求和电路图其中电阻R'满足：它的输出电压与输入电压的关系为：它的特点与反相比例电路相同;可以十分方便的通过改变某一电路的输入电阻;来改变电路的比例关系;而不影响其它支路的比例关系.. b 同相求和电路其电路如图7所示输入端的个数可根据需要进行调整:图7 同向求和电路图它的输出电压与输入电压的关系为：它的调节不如反相求和电路;而且它的共模输入信号大;因此它的应用不很广泛.. c 和差电路其电路图如图8所示;此电路的功能是对U i1、U i2进行反相求和;对U i3、U i4进行同相求和;然后进行的叠加即得和差结果..图8 和差电路图它的输入输出电压的关系是：由于该电路用一只集成运放;它的电阻计算和电路调整均不方便;因此我们常用二级集成运放组成和差电路..它的电路图如图9所示:图9 二级集成和差电路图它的输入输出电压的关系是：⎪⎪⎭⎫⎝⎛--+=22114433f 0R U R U R U R U R U i i i i它的后级对前级没有影响采用理想的集成运放;它的计算十分方便.. 3 积分电路和微分电路 a 积分电路其电路图如图10所示：它是利用电容的充放电来实现积分运算;可实现积分运算及产生三角波形等..图10 积分电路图它的输入、输出电压的关系为：其中: 表示电容两端的初始电压值.如果电路输入的电压波形是方形;则产生三角波形输出.. b 微分电路微分是积分的逆运算;它的输出电压与输入电压呈微分关系..电路如图11所示:图11 微分电路图R u -=0它的输入、输出电压的关系为： 4 对数和指数运算电路 a 对数运算电路对数运算电路就是是输出电压与输入电压呈对数函数..我们把反相比例电路中Rf 用二极管或三级管代替级组成了对数运算电路..电路图如图12所示：图12 对数运算电路它的输入、输出电压的关系为也可以用三级管代替二极管: b 指数运算电路指数运算电路是对数运算的逆运算;将指数运算电路的二极管三级管与电阻R 对换即可..电路图如13所示:图13 指数运算电路它的输入、输出电压的关系为： 利用对数和指数运算以及比例;和差运算电路;可组成乘法或除法运算电路和其它非线性运算电路..二无源滤波电路0101=+-=⎰t c t t i u dt u RC u r iu u S I u Re 0-=滤波电路的作用：允许规定范围内的信号通过；而使规定范围之外的信号不能通过..滤波电路的分类：低通滤波器：允许低频率的信号通过;将高频信号衰减； 高通滤波器：允许高频信号通过;将低频信号衰减；带通滤波器：允许一定频带范围内的信号通过;将此频带外的信号衰减； 带阻滤波器：阻止某一频带范围内的信号通过;允许此频带以外的信号衰减；仅由无源元件电阻、电容、电感组成的滤波电路;为无源滤波电路..它有很大的缺陷如：电路小;能力差等..为此我们要学习有源滤波电路.. 三有源滤波电路有源滤波器是指利用放大器、电阻和电容组成的滤波电路;可用在信息处理、数据传输、抑制干扰等方面..但因受运算放大器频带限制;这种滤波器主要用于低频范围..1一阶有源低通滤波器其电路如图14-a 所示;它是由一级RC 低通电路的输出再接上一个同相输入比例放大器构成; 幅频特性如图14-b 所示; 通带以外以dB 20-/十倍频衰减:图14-a 一阶有源低通滤波电路 图14-b 一阶有源低通幅频特性该电路的传递函数为: 式中RC 10=ω称为截止角频率;传递函数的模为2)(1)(o vo v A j A ωωω+=幅角为00arctg ωωϕ-=)(.. 2二阶有源滤波电路为了使输出电压以更快的速率下降;以改善滤波效果;再加一节RC 低通滤波环节;称为二阶有源滤波电路..它比一阶低通滤波器的滤波效果更好..二阶有源滤波器的典型结构如图15所示：图15 二阶有源滤波器典型结构 图中;Y 1～Y 5为导纳;考虑到U P ＝U N ;可列出相应的节点方程式为： 在节点A 有： 在节点B 有： 联立以上二等式得：考虑到： 则：AS 即是二阶压控电压源滤波器传递函数的一般表达式..只要适当选择Y i i ＝1～5;就可以构成低通、高通、带通等有源滤波器..)(ba aO N P R R R U U U +=≈。

签：Pt100(1)运算放大器(1)运算放大器组成的电路五花八门，令人眼花瞭乱，是模拟电路中学习的重点。

在分析它的工作原理时倘没有抓住核心，往往令人头大。

为此本人特搜罗天下运放电路之应用，来个“庖丁解牛”，希望各位从事电路板维修的同行，看完后有所斩获。

遍观所有模拟电子技朮的书籍和课程，在介绍运算放大器电路的时候，无非是先给电路来个定性，比如这是一个同向放大器，然后去推导它的输出与输入的关系，然后得出Vo=（1+Rf）Vi，那是一个反向放大器，然后得出Vo=-Rf*Vi……最后学生往往得出这样一个印象：记住公式就可以了！如果我们将电路稍稍变换一下，他们就找不着北了！偶曾经面试过至少100个以上的大专以上学历的电子专业应聘者，结果能将我给出的运算放大器电路分析得一点不错的没有超过10个人！其它专业毕业的更是可想而知了。

今天，芯片级维修教各位战无不胜的两招，这两招在所有运放电路的教材里都写得明白，就是“虚短”和“虚断”，不过要把它运用得出神入化，就要有较深厚的功底了。

虚短和虚断的概念由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB 以上。

而运放的输出电压是有限的，一般在 10 V～14 V。

因此运放的差模输入电压不足1 mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”。

开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。

“虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。

显然不能将两输入端真正短路。

由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。

因此流入运放输入端的电流往往不足1uA，远小于输入端外电路的电流。

故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。

“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。

显然不能将两输入端真正断路。

在分析运放电路工作原理时，首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、减法器，什么差动输入……暂时忘掉那些输入输出关系的公式……这些东东只会干扰你，让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数，这是设计者要考虑的事情。

运放的基本原理(一)运放的基本介绍1.运放的定义2.运放的分类3.运放的主要特点1. 运放的定义运算放大器（Operational Amplifier），简称运放，是一种专门用于放大和处理电信号的电路元件。

它主要由差分放大器、电压放大器和输出级组成。

2. 运放的分类运放可以根据输入输出方式、工作状态和封装形式进行分类。

2.1 输入输出方式•单端输入单端输出：输入信号只与一个输入端相连，输出信号从一个输出端取出。

•双端输入单端输出：输入信号分别与两个输入端相连，输出信号从一个输出端取出。

•差分输入单端输出：输入信号分别与两个输入端相连，输出信号从一个输出端取出。

•差分输入差分输出：输入信号分别与两个输入端相连，输出信号由两个输出端取出。

2.2 工作状态•直流耦合运放：直流耦合运放可以放大直流信号和低频交流信号。

•交流耦合运放：交流耦合运放只放大交流信号。

2.3 封装形式•DIP封装：运放的引脚排列成一行，适合手工插拔。

•SOP封装：运放的引脚排列成两行，适合机器自动焊接。

3. 运放的主要特点3.1 超高增益运放具有超高的增益，通常可达到几万倍甚至百万倍，使得微弱的输入信号能够得到放大，提高信号质量。

3.2 宽带频率响应运放具有宽带频率响应，能够放大高频信号，使得输入信号的各个频率成分能够得到放大。

3.3 大输入阻抗和小输出阻抗运放具有大的输入阻抗，可以减小外部电路对运放输入信号的影响。

同时，运放具有小的输出阻抗，可以驱动负载电阻，输出较大功率的信号。

3.4 可调节增益运放的放大倍数可以通过反馈电阻的调节进行控制，从而实现对输出信号的精确调节。

3.5 低失真和高稳定性运放具有低失真和高稳定性的特点，可以保证输入信号的准确放大，减少误差。

综上所述，运放作为一种重要的电路元件，具有超高增益、宽带频率响应、大输入阻抗和小输出阻抗、可调节增益、低失真和高稳定性的特点，被广泛应用于各种电子设备中。

4. 运放的基本原理运放的基本原理是基于差分放大器的工作原理。

运算放大器的参数运算放大器（Op-amp）是一种电子元件，具有高放大度、高输入阻抗和低输出阻抗等特性。

它的性质可以通过一系列参数来描述，这些参数包括：放大倍数、输入电阻、输出电阻、共模抑制比、带宽等，下面我们将逐一介绍它们的意义和作用。

1、放大倍数放大倍数是指在没有反馈的情况下，运算放大器输出电压与输入电压之间的比值。

放大倍数可以表示为Av，其单位为V/V（伏特/伏特）。

一个典型的运算放大器的放大倍数可以高达10万倍，相比之下，普通的放大器通常只有100-1000倍的放大倍数。

放大倍数在运算放大器的设计和使用中起着至关重要的作用，它决定了运算放大器的放大能力。

因此，放大倍数也是评价运算放大器性能的重要参数之一。

2、输入电阻输入电阻是运算放大器输入端的电阻。

在使用运算放大器时，有时需要对电路输入信号进行一些特殊的处理，如滤波、放大等等。

此时输入电阻就是一个很关键的参数，它决定了输入信号是否能够准确地被引入运算放大器中。

输入电阻通常用Rin表示，其单位为欧姆（Ω），一般情况下，运算放大器的输入电阻在百万至千万的范围内，因此，它的输入阻抗非常高，对于输入信号来说，它的影响非常小。

所以，输入电阻也被称为“高阻输入”。

3、输出电阻输出电阻是运算放大器输出端的电阻。

输出电阻可以理解为运算放大器内部电路的内部电阻。

输出端电阻通常用Ro表示，单位为欧姆（Ω）。

运算放大器的输出电阻对于电路的使用有着重要的意义，它决定了能否输出一个强有力的信号。

当负载电路阻值很大的时候，输出电阻才能够填补电路的空隙，否则，信号源的输出电平无法被放大到期望的水平4、共模抑制比共模抑制比是衡量运算放大器对共模干扰的抑制能力的参数。

共模抑制比可以理解为运算放大器内部电路在处理共模信号时，处理能力与处理差分信号时的处理能力之比。

在运算放大器的工作中，由于接触共模信号所产生的电荷、辐射和传导噪声、地线反射等引起的共模干扰是不可避免的。

而共模抑制比可以有效地抑制这些噪声干扰，使得运算放大器输出的信号不会因为共模信号干扰而失真。