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实例分析集成运放的线性应用电路
作者：相方园
来源：《科学与财富》2014年第02期
摘 要：集成运放线性应用电路的分析步骤包括：（1）判断集成运放工作在线性区；（2）选用合适方法分析电路（3）通过公式推导，得出输入和输出之间的关系。本文通过实例具体介绍了此过程。
关键词：集成运放；线性应用；分析方法
集成运放的应用分为线性应用和非线性应用两部分：（1）当集成运放工作在线性区时，集成运放的输入输出成一定的比例关系，称为闭环电压放大倍数Auf；（2）当集成运放工作在非线性区，其内部的输出级三极管进入饱和区工作，输出电压与集成运放的输入信号不再呈线型关系，其值近似等于电源电压Uom：即当uid>0，则uo≈+Uom；当uid=0，则uo=0（转折点）；当uid
1 集成运放线性应用的判断
要分析一个运放应用电路能够实现什么功能，首先应该判断该集成运放工作在哪个区域，而判断集成运放工作区域的判断标准是看其是否引入负反馈：如果集成运放的应用电路引入的负反馈，则电路工作在线性区；如果运放应用电路中没有负反馈网络，即处于开环或具有正反馈，则集成运放工作在非线性区，该单元电路就属于非线性应用。
使用“瞬时极性法”做具体判断。图1为反相比例运算放大电路为例的说明：
（1）假设输入信号的瞬时极性为正，用符号 “？茌”表示；
（2）由于输入信号ui加在了集成运放的反相输入端，所以输出信号的瞬时极性为负，即“？苓”；
（3）反馈支路 Rf 将输出的一部分反馈回到输入端，瞬时极性为“？苓”；
（4）“？苓”与输入端的“？茌”叠加，消弱了输入信号的净输入量，所以此反馈属“负反馈”。由此得出此集成运放在此电路中为线性应用。
图2为同相比例运算放大电路为例的说明：
集成运放线性运算实验
一、实验目的
1、研究由集成运算放大器组成的比例、加法和减法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。
3、熟悉典型集成运放应用电路的接线和使用方法。
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。
基本运算电路
1) 反相比例运算电路
电路如图1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i1FOURRU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。
图1反相比例运算电路图2 反相加法运算电路
2) 反相加法电路
电路如图2所示，输出电压与输入电压之间的关系为
)URRURR(Ui22Fi11FO R3＝R1/ R2/ RF
4) 差动放大电路（减法器）
对于图3所示的减法运算电路，当R1＝R2，R3＝RF时，有如下关系式
实训九 集成运放的线性应用
内容一 集成运放的反相、同相比例运算电路
一、实训目的
1.掌握集成运算放大器的使用方法。
2.了解集成运放构成反相比例、同相比例运算电路的工作原理。
3.掌握集成运放反相比例、同相比例运算电路的测试方法。
二、实训测试原理
1. 反相放大电路
电路如图（1）所示。输入信号Ui通过电阻R1加到集成运放的反相输入端，输出信号通过反馈电阻Rf反送到运放的反相输入端，构成电压并联负反馈。
根据“虚断”概念，即iN=ip，由于R2接地， 所以同相端电位Up=0。又根据“虚短”概念可知，UN=Up，则UN=Up=0，反相端电位也为零。但反相端又不是接地点，所以N点又称“虚地”。则有 f1ii,1i =1iRU,fi=-f0RU则0U=-1fRRiU。
运放的同相输入端经电阻R2接地,R2叫平衡电阻，其大小为R2=R1∥Rf。
图（1） 反相放大电路 图（2）
同相放大电路 图（3） 电压跟随器
2. 同相放大电路
电路如图（2）所示。输入信号Ui通过平衡电阻R2加到集成运放的同相输入端，输出信号通过反馈电阻Rf反送到运放的反相输入端，构成电压串联负反馈。根据“虚断”与“虚短”的概念，有NPiUUU，iN=iP=0；则得i1f0)1(URRU若1R=∞,0fR,则i0UU即为电压跟随器，如图（3）。
三、实训仪器设备
1.直流稳压电源
2.万用表
3.示波器
四、实训器材
1. 集成块 μA741(HA17741)
2. 电阻 10KΩ×2 100KΩ×2 2 KΩ×2
3. 电位器 1KΩ×1
五、实训电路
图（3）反相比例运算实训电路
图（4）同相比例运算实训电路
第三节 集成运放的线性应用
一、集成运放的理想化条件
在分析集成运放组成的各种电路时，将实际的集成运放作为理想运放来处理，并分
清其工作状态是十分重要的。
1．集成运算的理想化条件 理想的集成运放应满足以下各项性能指标：
（1）开环差模电压放大倍数A
od=∞；
（2）输入电阻R
id=∞；
（3）输出电阻R
o=0；
（4）共模抑制比K
CMR=∞；
尽管真正的理想运放并不存在，但由于实际集成运放的各项性能指标与理想运放非
常接近，因此在实际操作中，往往都将实际运放理想化，以使分析过程简化。
理想运放的图形符号如图3-3-1所示。它有同相和反相两个输入端以及一个输出端。
反相输入端标“－”，同相输入端和输出端标“+”，它们的对“地”电压（即电位）分
别用u
N 、u
P和u
O表示。“∞”表示开环电压放大倍数的理想化条件。 ＋ ＋
－ ∞
0
2．集成运放的传输特性 传输特性是表示集成运放输出电压与输入电压之间关系
的特性曲线，如图3-3-1中曲线1所示。图中，BC段为线性区，输出电压u
O与差模输入
电压正比，即
u
o=A
od(u
P－u
N) （3-15）
一般集成运放的A
od值很大，即使输入毫伏级以下的电压，也足以使输出电压饱和，
其饱和值+U
o（sat）和－U
o（sat）接近正、负电源电压值，如图3-3-1中的AB和CD段所示，
称为非线性区（饱和区）。
集成运放的线性区很小， 曲线2为理想运放的传输特性，此时BC段与u
O轴重合。
实际应用中，为扩大线性区，集成运算放大电路大都接有深度负反馈电路。
运放在线性区的分析要领有两条：
1）同相输入端电位等于反相输入端电位。即u
P=u
N。但同相输入端和反相输入端
并没有真正短路，因此称为“虚短”。
2）同相输入端和反相输入端电流为零。即i
P=i
N=0。但两个输入端并没有真正断开，因此称为“虚断”。
分析运放电路时，应首先分清集成运放的工作状态，再抓住不同状态下的分析要领
对电路进行分析。
