集成运放非线性运用

信息技术　

中图分类号：ＴＰ３９１　２０１１年第８期　

文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—２５５２（２０１１）０８～０２３６—０３　

集成运算放大器的特性及应用　

郭晓玲，明平军　

（延安职业技术学院，延安７１６０００）　

摘要：集成运算放大器是放大电路中非常重要的元器件，可靠性高，使用方便，随着技术指　

标的不断提高，它可当作理想器件来处理．不会造成不可允许的误差。在学习时应熟练掌握它　

的线性与非线性特性以及其在信号的运算、处理和电路的比较分析等方面的相关应用。　

关键词：集成运放；线性非线性特性；应用　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　

ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ　

ＧＵＯ　Ｘｉａｏ—ｌｉｎｇ，ＭＩＮＧ　Ｐｉｎｇ－ｊｕｎ　

（Ｙａｎ’ａｎ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ＆Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｙａｎ’ａｎ　７１６０００，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ　ｉｓ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ　ｉｎ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ，ｈａｓ　

ｔｈｅ　ｈｉｇｈ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ　ｕｓａｇｅ．Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｉｎｄｅｘ，ｉｔ　ｃａｎ　ｕｓｅ　ａｓ　ａｎ　

ｉｄｅａｌ　ｄｅｖｉｃｅ　ａｎｄ　ｂｅ　ｉｎｃａｐａｂｌｅ　ｃａｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｉｒｒｅｖｏｃａｂｌｅ　ｅｒｒｏｒ．Ｔｈｅ　ｓｔｕｄｅｎｔｓ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｐｒｏｆｉｃｉｅｎｔ　ｉｎ　ｉｔｓ　ｌｉｎｅａｒ　

ａｎｄ　ｎｏｎ—ｌｉｎｅａｒ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｓｉｇｎａｌ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ，ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ．　

1 集成运放的电压传输特性、理想模型和分析依据

1、 电压传输特性

集成运放的传输特性是指电路开环时，输出电压与差模输入电压之间的关系。即

线性区：－Uimuid＋Uim时， 。

饱和区：uid＋Uim时，

uid－Uim时， 由此可见，运放的线性范围特别小，若开环使用，很难实现输出与输入电压的线性关系。因此，作为放大器，运放不能开环使用，必需加负反馈来减小uid使其工作在线性区域。

2、 抱负运放模型

性能指标：

开环差模电压放大倍数Auo→∞；

差模输入电阻rid→∞；

共模抑制比KCMR→∞；

输出电阻ro＝0 。

3、 分析运放电路的基本依据

（1）运放工作在线性区 利用抱负模型可以推导出下面两个结论：

① 运放两个输入端的电位相等，即

由于，∴uid＝0，又 2 ∴，差模输入电压等于零，又称为“虚短”。

② 两个输入端的输入电流为零，即

由于输入电阻rid→∞，∴，又称为“虚断”。

留意：只有运放工作在线性区时，“虚短”、“虚断”的概念是都成立的。

（2）运放工作在非线性区

“虚短”的概念不成立，但“虚断”的概念仍旧成立。

当时，uo＝＋Uom ；

当时，uo＝＋Uom 。

（3）抱负模型的电压传输特性

第四章 集成运算放大器的应用

§4-1 集成运放的主要参数和工作点

1、理想集成运放的开环差模电压放大倍数为 Aud=∞ ，共模抑制比为 KCMR=

∞ ，开环差模输入电阻为 ri= ∞ ，差模输出电阻为 r0=0 ，频带宽度为 Fbw=∞ 。

2、集成运放 根据用途不同，可分为 通用型 、 高输入阻抗型 、 高精度型 和 低功耗型 等。

3、集成运放的应用主要分为 线性区 和 非线性区 在分析电路工作原理时，都可以当作 理想 运放对待。

4、集成运放在线性应用时工作在 负反馈 状态，这时输出电压与差模输入电压满足 关系；在非线性应用时工作在 开环或正反馈 状态，这时输出电压只有两种情况；

+U0m 或 -U0m 。

5、理想集成运放工作在线性区的两个特点：（1） up=uN ，净输入电压为零 这一特性成为 虚短 ，

（2） ip=iN，净输入电流为零 这一特性称为 虚断 。

6、在图4-1-1理想运放中，设Ui=25v,R=Ω，U0=,则流过二极管的电流为 10

mA ， 二极管正向压降为 v。

7、在图4-1-2所示电路中，集成运放是理想的，稳压管的稳压值为，Rf=2R1则U0=

-15 V。

二、判断题 1、反相输入比例运算放大器是电压串联负反馈。（× ）

2、同相输入比例运算放大器是电压并联正反馈。（× ）

3、同相输入比例运算放大器的闭环电压放大倍数一定大于或等于1。（ √ ）

4、电压比较器“虚断”的概念不再成立，“虚短”的概念依然成立。（√ ）

5、理想集成运放线性应用时，其输入端存在着“虚断”和“虚短”的特点。（ √ ）

6、反相输入比例运算器中，当Rf=R1，它就成了跟随器。（× ）

科技信息　

试论集成运放日ａ特点及应用　

江西工业职业技术学院雷媛媛王慧　

［摘要］本文在明确集成运放的高性能和运用性基础上，详细探讨了集成运放的应用及其判断方法。　

［关键词］运算放大器　应用　判断方法　

１．引言　

运算放大器（Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）俗称运放，英文简写为ＯＰ　Ａｍｐ，　

它最初应用于模拟计算机对模拟信号进行加法、减法、微分、积分等数　学运算，并因此而得名。自１９６３年问世以来，经历了第一代、第二代、　

第三代，如今的第四代产品（集成运放）采用中、大规模集成技术，将原本　

十分复杂的分立元件电路部件集成在很小的芯片上，具有设计调试简　

单、稳定可靠、通用性强、性能价格比高、灵活性大等优点。在模拟电路　

领域中，除超高频、大功率等特殊场合外，已普遍取代了分立元件电路。　

运算放大器可以实现放大器、缓冲器、比较器、积分器、电平转换　

器、峰值检波器、有源滤波器等很多电路功能，其应用已经延伸到汽车　

电子、通信、消费娱乐产品等各个领域。目前几乎每个大型半导体制造　

商的产品线中都有运算放大器这个产品。　２．集成运放的符号及其理想化参数　

集成运放的表示符号如图１所示。　

盯＿　

图ｌ　图中标以“＋”的输入端称为“同相输人端”；标以“一”的称为“反相输　

入端”。这种表示方法是为了说明输出信号与输入信号的极性对应关　

系，若自同相端加入相对反相端为正的信号，则输出信号一定为正值，　

反之则为负值。画原理图时，正、负电源端可以省略。　

为了突出主要特性，简化分析过程，在分析实际电路时，除要求考　虑分析误差的电路外，均可把实际运放当作理想运放处理，以使分析过　

程得到合理简化。实践表明用理想运放作为实际运放的简化模型，分　

析运放应用电路所得结果与实验结果基本一致。所谓理想运放是指具　

有如下理想参数的运放：　

（１）差模电压增益为无穷大；（２）具有无限宽的频带；（３）共模电压增益　为零；（４）输入失调电压、偏置电流、输入噪声电压和电流均为零；ｆ５）输入