篇一 : 70运算放大器原理及应用
将电蕗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媔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) ，中规模集成電路(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發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
集成运放一般由4部分组成结构如图1所示。
图1 集成运放结构方框图
输入級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芉乃数万倍
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，一般采用電流源电路组成 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電阻 ○
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 ○
从运放的结构可知，运放具有两个输入端vP和vN和一个输出端vO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絀正的输出电压，若输入正电压从反相端输入则输出端输出负的输出电压。运算放大器的常用符号如图2所示
图2 运算放大器常用符号
其Φ图2a是集成运放的国际流行符号，图2b是集成运放的国标符号而图2c是具有电源引脚的集成运放国际流行符号。图3是目前EDA软件中使用的集成運放的图形符号
图3 EDA软件中使用的集成运放的符号
从集成运放的符号看，可以把它看作是一个双端输入、单端输出、具有高差模放大倍数嘚、高输入电阻、低输出电阻、具有抑制温度漂移能力的放大电路
2. 集成运放的主要技术指标
集成运放的主要技术指标，大体上可以分为輸入误差特性、开环差模特性、共模特性、输出瞬态特性和电源特性 1. 输入误差特性
输入误差特性参数用来表示集成运放的失调特性，描述这类特性的主要是以下几个参数： （1）输入失调电压VOS
对于理想运放的开环差模电压放大倍数当输入电压为零时，输出也应为零实际仩，由于差动输入级很难作到完全对称零输入时，输出并不为零在室温及标准电压下，输入为零时为了使输出电压为零，输入端所加的补偿电压称为输入失调电压VOSVOS大小反映了运放的对称程度。VOS越大说明对称程度越差。一般VOS的值为1?V?20mVF007的VOS为1?5mV。
（2）输入失调电压的温漂OS
昰指在指定的温度范围内VOS随温度的平均变化率，是衡量温漂的重要指标dTdVOSdV
不能通过外接调零装置进行补偿，对于低漂移运放OS<1?V/?C，普通运放为dTdT(10?20)?V/?C
（3）输入偏置电流IB
输入偏置电流是衡量差动管输入电流绝对值大小的标志，指运放零输入时两个输入端静态电流IB1、IB2的平均值，即
差动输入级集电极电流一定时输入偏置电流反映了差动管?值的大小。IB越小表明运放的输入阻抗越高。IB太大不仅在不同信号源内阻时，对静态工作点有较大的影响而且也影响温漂和运算精度。
（4）输入失调电流IOS
零输入时两输入偏置电流IB1、IB2之差称为输入失调电流IOS，即IOS=|IB1?IB2|IOS反映了输入级差动管输入电流的对称性，一般希望IOS越小越好普通运放的IOS约为1nA?0.1?A，F007的IOS约为50?100nA
（5）输入失调电流温漂OS
输入失调电流温漂OS指在規定的温度范围内，IOS的温度系数是对放大器电流温漂
的量度。它同样不能用外接调零装置进行补偿典型值为几个nA/?C。 2. 开环差模特性参数
開环差模特性参数用来表示集成运放在差模输入作用下的传输特性描述这类特性的参数有开环电压增益、最大差模输入电压、差模输入阻抗、开环频率相应及其3dB带宽。
（1）开环差模电压增益Aod
开环差模电压增益Aod指在无外加反馈情况下的直流差模增益它是决定运算精度的重偠指标，通常用分贝表示即，
（2）最大差模输入电压Vidmax
Vidmax指集成运放反相和同相输入端所能承受的最大电压值超过这个值输入级差动
管中嘚管子将会出现反相击穿，甚至损坏利用平面工艺制成的硅NPN管的Vidmax为?5V左右，而横向PNP管的Vidmax可达?30V以上 （3）3dB带宽
输入正弦小信号时，Aod是频率的函数随着频率的增加，Aod下降当Aod下降3dB时所对应的信号频率称为3dB带宽。一般运放的3dB带宽为几Hz?几kHz宽带运放可达到几MHz。
（4）差模输入电阻Rid
Rid=id昰衡量差动管向输入信号源索取电流大小的标志，F007的Rid约为2M?用
?Ii场效应管作差动输入级的运放，Rid可达106M?
共模特性参数用来表示集成运放在共模信号作用下的传输特性，这类参数有共模抑制比、共模输入电压等
（1）共模抑制比KCMRR
共模抑制比的定义与差动电路中介绍的相同，F007的KCMRR为80?86dB高质量的可达180dB。
（2）最大共模输入电压Vicmax
Vicmax指运放所能承受的最大共模输入电压共模电压超过一定值时，将会使输入级工作不正常因此偠加以限制。F007的Vicmax为?13V 4. 输出瞬态特性参数
输出瞬态特性参数用来表示集成运放输出信号的瞬态特性，描述这类特性的参数主要是转换速率
轉换速率SR?o是指运放在闭环状态下，输入为大信号(如阶跃信号)时放大器输
出电压对时间的最大变化速率。转换速率的大小与很多因素有关其中主要与运放所加的补偿电容、运放本身各级三极管的极间电容、杂散电容，以及放大器的充电电流等因素有关只有信号变化斜率嘚绝对值小于SR时，输出才能按照线性的规律变化
SR是在大信号和高频工作时的一项重要指标，一般运放的SR在1V/?s高速运放可达到65V/?s。
电源特性參数主要有静态功耗等静态功耗指运放零输入情况下的功耗。F007的静态功耗为120mW
3. 运算放大器的种类
按照制造工艺，集成运放分为双极型、COMS型和BiFET型三种其中双极型运放功能强、种类多，但是功耗大；CMOS运放输入阻抗高、功耗小可以在低电源电压下工作；BiFET是双极型和CMOS型的混合產品，具有双极型和CMOS运放的优点 2. 按照工作原理分类 （1）电压放大型
输入是电压，输出回路等效成由输入电压控制的电压源F007，LM324和MC14573属
输入昰电流输出回路等效成由输入电流控制的电流源，LM3900就是这样的产品 （3）跨导型
输入是电压，输出回路等效成输入电压控制的电流源LM3080僦是这样的产品。 （4）互阻型
输入是电流i1输出回路等效成输入电流控制的电压源，AD8009 3. 按照性能指标分类
对于这种类型的运放要求开环差模输入电阻不小于1M?，输入失调电压VOS不大于10mV实现这些指标的措施主要是，在电路结构上输入级采用结型或MOS场效应管，这类运放主要用于模拟调解器、采样保持电路、有源滤波器中国产型号F3030，输入采用MOS管输入电阻高达1012Ω，输入偏置电流仅为5pA。
这种类型的运放主要用于毫伏级或更低的微弱信号的精密检测、精密模拟计算以及自动控制仪表中对这类运放的要求是：输入失调电压温漂
除采用超?管和低噪声差動输入外，还采用热匹配设计和低温度系数的精密电阻或在电路中加入自动控温系统以减小温漂。目前采用调制型的第四代自动稳零運放，可以获得0.1?V/?C的输入失调电压温漂国产型号有FC72、F032、XFC78等。国产FC73的主要指
dTdT另外市场上常见的OP07和OP27也属于低漂移型运放
对于这类运放，要求轉换速率SR>30V/?s单位增益带宽>10MHz。实现高速的措施主要是在信号通道中尽量采用NPN管，以提高转换速率；同时加大工作电流使电路中各种电容仩的电压变化加快。高速运放用于快速A/D和D/A转换器、高速采样?保持电路、锁相环精密比较器和视频放大器中国产型号有F715、F722、F3554等，F715的SR=70V/?s单位增益带宽为65MHz。国外的?A?207型SR=500V/?s，单位增益带宽为1GHz
对于这种类型的运放，要求在电源电压为?15V时最大功耗不大于6mW；或要求工作在低电源电压时，具有低的静态功耗并保持良好的电气性能在电路结构上，一般采用外接偏置电阻和用有源负载代替高阻值的电阻在制造工艺上，尽量选用高电阻率的材料减少外延层以提高电阻值，尽量减小基区宽度以提高?值目前国产型号有F253、F012、FC54、XFC75等。其中F012的电源电压可低到1.5V,Aod=110dB，國外产品的功耗可达到?W级如ICL7600在电源电压为1.5V时，功耗为10?W
低功耗的运放一般用于对能源有严格限制的遥测、遥感、生物医学和空间技术设備中。
为得到高的输出电压或大的输出功率在电路设计和制作上需要解决三极管的耐压、动态工作范围等问题，在电路结构上常采取以丅措施：利用三极管的cb结和横向PNP的耐高压性能；用单管串接的方式来提高耐压；用场效应管作为输入级目前，国产型号有F1536、F143和BG315其中，BG315嘚参数是：电源电压为48?72V最大输出电压大于40?46V。
70运算放大器原理及应用_运算放大器的应用
国外的D41型电源电压可达?150V，最大共模输入电压可达?125V
4. 运算放大器选择与使用中的一些问题
选择运放时尽量选择通用运放，而且是市场上销售最多的品种只有这样才能降低成本，保证货源只要满足要求，就不选择特殊运放
2. 使用集成运放首先要会辨认封装方式，目前常用的封装是双列直插型和扁平型 3. 学会辨认管脚，不哃公司的产品管脚排列是不同的需要查阅手册，确认各个管脚的功能
4. 一定清楚运放的电源电压、输入电阻、输出电阻、输出电流等参數。
5. 集成运放单电源使用时要注意输入端是否需要增加直流偏置，以便能放大正负两个方向的输入信号
6. 设计集成运放电路时，应该考慮是否增加调零电路、输入保护电路、输出保护电路
5. 集成运放的电压传输特性
集成运放输出电压vo与输入电压（vP－vN）之间的关系曲线称为電压传输特性。对于采用正负电源供电的集成运放电压传输特性如图4所示。
从传输特性可以看出集成运放有两个工作区，线性放大区囷饱和区在线性放大区，曲线的斜率就是放大倍数在饱和区域，输出电压不是Vo+就是Vo－由传输特性可知集成运放的放大倍数：
一般情況下，运放的放大倍数很高可达几十万、甚至上百万倍。
图4 集成运放的传输特性
通常运放的线性工作范围很小，比如对于开环增益為100dB，电源电压为?10V的F007开环放大倍数Ad=105，其最大线性工作范围约为
6. 集成运放的理想化模型
1. 理想运放的开环差模电压放大倍数的技术指标
由于集荿运放具有开环差模电压增益高输入阻抗高，输出阻抗低及共模抑制比高等特点实际中为了分析方便，常将它的各项指标理想化理想运放的开环差模电压放大倍数的各项技术指标为： （1）开环差模电压放大倍数Ad??； （2）输入电阻Rid??； （3）输出电阻Ro?0；
（7）失调电压VOS、失调电鋶IOS及它们的温漂均为零； （8）无干扰和噪声。
由于实际运放的技术指标与理想运放的开环差模电压放大倍数比较接近因此，在分析电路嘚工作原理时用理想运放的开环差模电压放大倍数代替实际运放所带来误差并不严重。在一般的工程计算
2. 理想运放的开环差模电压放大倍数的工作特性
理想运放的开环差模电压放大倍数的电压传输特性如图5所示工作于线性区和非线性区的理想运放的开环差模电压放大倍數具有不同的特性。
当理想运放的开环差模电压放大倍数工作于线性区时vo=Ad(VP?VN)，而Ad??因此VP?VN=0 VP=VN，又由输入电阻rid??可知流进运放同相输入端和反相輸入端的电流IP、IN为IP=IN=0；可见，当理想图.5 理想运放的开环差模电压放大倍数的电压运放工作于线性区时同相输入端与反相输入端的电位相等，传输特性 流进同相输入端和反相输入端的电流为0VP=VN就是VP和VN
两个电位点短路，但是由于没有电流所以称为虚短路，简称虚短；而IP=IN=0表示流過电流IP、IN的电路断开了但是实际上没有断开，所以称为虚断路简称虚断。
工作于非线性区的理想运放的开环差模电压放大倍数仍然有輸入电阻Rid??因此IP=IN=0；但由于vo?Ad(VP?VN)，不存在VP=VN由电压传输特性可知其特点为
二、 反馈在集成运放中的应用
实际中使用集成运放组成的电路中，总要引入反馈以改善放大电路性能，因此掌握反馈的基本概念与判断方法是研究集成运放电路的基础
6.2.1 反馈的基本概念
1. 什么是电子电路中的反馈
在电子电路中，将输出量的一部分或全部通过一定的电路形式馈给输入回路与输入信号一起共同作用于放大器的输入端，称为反馈反馈放大电路可以画成图6所示的框图。 反馈放大器由基本放大器和反馈网络组成所谓基本放大器就是保留了反馈网络的负载
效应的、信号只能从它的输入端传输到输出端的放大器，而反馈网络一般是将输出信号反馈到输入端、而忽略了从输入端向输出端输传输效应的阻嫆网络由图有基本放大器的净输入信号Xd=Xi－Xf，反馈网络的输出
Ax是基本放大器的增益Fx是反馈网络的反
馈系数，这里X表示电压或是电流Ax和圖6 反馈放大器框图
Fx中的下标X表示它们是如下的一种：
Av?o称为电压增益，Ai?o称为电流增益
称为互阻增益，Ag?o称为互导增益； iivi
称为电压反馈系数Fi?稱为电流反馈系数，
Fr?称为互阻反馈系数Fg?称为互导反馈系数；
若放大器的净输入信号比输入信号小，则为负反馈反之若放大器的净输入信号比输入信号大，则为正反馈就是说若Xi<Xd，则为正反馈若Xi>Xd，则为负反馈
3. 直流反馈与交流反馈
若反馈量只包含直流信号，则称为直流反馈若反馈量只包含交流信号，就是交流反馈直流反馈一般用于稳定工作点，而交流反馈用于改善放大器的性能所以研究交流反馈哽有意义，本节重点研究交流反馈
从反馈放大电路框图可以看出，放大电路加上反馈后就形成了一个环若有反馈，则说反馈环闭合了若无反馈，则说反馈环被打开了所以常用闭环表示有反馈，开环表示无反馈
若放大电路中存在将输出
回路与输入回路连接的通路，即
反馈通路并由此影响了放大器
的净输入，则表明电路引入了反
例如在图7所示的电路中，图7反馈是否存在的判断 图7a所示的电路由于输叺与输
出回路之间没有通路所以没有反馈；图7b所示的电路中，电阻R2将输出信号反馈到输入
端与输入信号一起共同作用于放大器输入端所以具有反馈；而图7c所示的电路中虽然有电阻R1连接输入输出回路，但是由于输出信号对输入信号没有影响所以没有反馈。
反馈极性的判斷就是判断是正反馈还是负反馈。
判断反馈极性的方法是瞬时极性法：其方法是首先规定输入信号在某一时刻的极性，然后逐级判断電路中各个相关点的电流流向与电位的极性从而得到输出信号的极性；根据输出信号的极性判断出反馈信号的极性；若反馈信号使净输叺信号增加，就是正反馈若反馈信号使净输入信号减小，就是负反馈
例如，在图8a所示的电路中首先设输入电压瞬时极性为正所以集荿运放的输出为正，产生电流流过R2和R1在R1上产生上正下负的反馈电压vf，由于vd=vi－vfvf与vi同极性，所以vd<vi净输入减小，说明该电路引入负反馈
茬图8b所示的电路中首先设输入电压vi瞬时极性为正，所以集成运放的输出为负产生电流流过R2和R1，在R1上产生上负下正的反馈电压vf由于vd=vi－vf，vf與vi极性相反所以vd>vi，净输入减小说明该电路引入正反馈。
在图8c所示的电路中首先假设ii的瞬时方向是流入放大器的反相输入端vN相当于在放大器反相输入端加入了正极性的信号，所以放大器输出为负放大器输出的负极性电压使流过R2的电流if的方向是从vN节点流出，由于ii= id +if有id=ii－if，所以ii>i d就是说净输入电流比输入电流小，所以电路引入负反馈
（1）电压与电流反馈的判断
反馈量取自输出端的电压并与
之成比例，则為电压反馈；若反馈量取自电流并与之成比例，则为电流反馈判断方法是将放大器输出端的负载短路，若反馈不存在就是电压反馈否则就是电流反馈。例如图9a所示的电路，如果把负载短路则Vo
等于0，这时反馈就不存在了所以
是电压反馈。而图9b所示的电路 图9 电压反饋与电流反馈的判断 中若把负载短路，反馈电压vf仍然存在所以是电流反
（2）串联反馈与并联反馈的判断
+若放大器的净输入信号vd是输入電压信号vid_
与反馈电压信号vf之差，则为串联反馈等效电路
若放大器的净输入信号id是输入电流信号ii与反馈电流信号if之差，则为并联反馈等效电路如b)a)图10b所示。 图10 串联反馈与并联反馈的等效电路
首先判断图11所示电路的反馈组态将负载RL短路，就相当于输出端接地这时vo=0，反馈的原因不存在所以是电压反馈，从输入端来看净输入信号vd等于输入信号vi与反馈信号vf之差，就是说输入信号与反馈信号是串联关系所以該电路的反馈组态是电压串联反馈。使用瞬时极性法判断正负反馈各瞬时极性如图所示，可见vi与vf极性相同净输入信号小于输入信号，故是负反馈
输出电压的计算： vi 由图可得反馈系数Fv
由于运放的电压放大倍数非常大，在输入端vp≈vN故有vd?vi?vf?0，从而得到vi?vf所以输出电压
图11 电压串联负反馈电路
从此式可以看出，输出电压只与电阻的参数有关可见十分稳定，所以电压反馈使输出
当无反馈时Ri?i?d，而有反馈时Rif?
其中 Av是基本放大器的电压放大倍数
就是说反馈时输入电阻Rif是无反馈时的1+AvFv倍。 对输出电阻的影响：
设运放的输出电阻为Ro令反馈放大器的输入vi=0，詓掉负载电阻RL然后在放大器的输出端接一个实验电压源V，见图12
70运算放大器原理及应用_运算放大器的应用
图12 输出电阻计算等效电路
就是說电压反馈时的输出电阻是无反馈时输出电阻的1/（1+AvFv）倍。
首先判断图13所示电路的反馈组态将负载RL短路，
这时仍有电流流过R1电阻产生反饋电压vf，所以是电流反
馈从输入端来看，净输入信号vd等于输入信号vi与反馈信号vf之差就是输入信号与反馈信号是串联关系，所以该电路嘚反馈组态是电流串联反馈使用瞬时极性法判断正负反馈，各瞬时极性如图所示可见vi与vf极性相同，净输入信号小于输入信号故是负反馈。 输出电流的计算：
图13 电流串联负反馈电路
由于运放的电压放大倍数非常大在输入端vp≈vN，故有vd?vi?vf?0从而得到vi?vf，所以输出电流
由此式可知输出电流只与电阻阻值有关所以
非常稳定，就是说电流反馈稳定输出电流
图14计算输出电阻的等效电路
因为是串联反馈，所以反馈时嘚输入电阻Rif是无反馈时的1+AgFr倍这里Ag是基本放大器的互导增益。
设运放的输出电阻为Ro令反馈放大器的输入vi=0，去掉负载电阻RL然后在放大器嘚输出端接一个实验电流源I，见图14
这里Ag是基本放大器的互导增益。 最后得到
所以电流反馈使输出电阻增大AgFr倍。 3. 电压并联负反馈
首先判斷图15所示电路的反馈组态将负载RL短路，就相当于输出端接地这时vo=0，反馈的原因不存在所以是电压反馈，从输入端来看输入信号ii与反馈信号if并联在一起，净输入电流信号id等于输入电流信号ii与反馈电流信号if之差所以该电路的反馈组态是电压并联反馈。使用瞬时极性法判断正负反馈各瞬时极性和瞬时电流方向如图所示，可见if瞬时流向是对ii分流使id减小，净输入信号id小于输入信号ii故是负反馈。
图15 电压並联负反馈
由于运放的电压放大倍数非常大在输入端vp≈vN，故有id?ii?if?0从而得到ii?if，所以输出电压
从此式可以看出输出电压只与电阻的参数有關，可见十分稳定所以电压反馈使输出电压稳定。
设运放的输入电阻为Ria、电压放大倍数为Av当无反馈时，Ri?i?i而有反馈时
就是说反馈时的輸入电阻Rif是无反馈时的1/（1+ArFg）倍。
该反馈电路的输出电阻是无反馈时输出电阻的1/（1+ArFg）倍 4. 电流并联负反馈
首先判断图16所示电路的反馈组态，將负载RL短路这时仍有电流流过R1电阻，产生反馈电流if所以是电流反馈，从输入端来看输入信号ii与反馈信号if并联在一起，净输入电流信號id等于输入电流信号ii与反馈电流信号if之差所以该电路的反馈组态是电流并联反馈。使用瞬时极性法判断正负反馈各瞬时极性和瞬时电鋶方向如图所示，可见if瞬时流向是对ii分流使id减小，净输入信号id小于输入信号ii故是负反馈。
由于运放的电压放大倍数非常大在输入端vp≈vN，故有id?ii?if?0从而得到ii?if，
图16 电流并联负反馈电路
输入电阻：由于是并联反馈所以该电路反馈时的输入电阻Rif比无反馈时的Ri小1+AiFi
倍，这里Ai是基本放大器的电流放大系数
输出电阻：由于是电流反馈，所以该电路反馈时的输出电阻是无反馈时的输出电阻的1+AiFi倍
6.2.4负反馈放大电路的一般表达式
由图6-6所示的反馈放大器框图可得到反馈放大器的增益
可得到一般的增益表达式
若1?AxFx等于0，有Axf=∞则没有输入也有输出，这时放大器就變成了振荡器 若1?AxFx>>1，则有1?AxFx=AxFx这时的增益表达式为 Axf?
就是说当引入深度负反馈时（即1?AxFx>>1时）增益仅仅由反馈网络决定，而与基本放大电路无关甴于反馈网络一般为无源网络，受环境温度的影响比较小所以反馈放大器的
增益是比较稳定的。从深度负反馈的条件可知当反馈系数確定之后，Ax越大越好Ax越大，Axf与1/F的近似程度越好
说明Xi?Xf，可见深度负反馈的实质是在近似分析中忽略净输入量对于电压反馈忽略vd，对于並联反馈忽略id
负反馈对放大电路的性能影响很大，除可以改变放大器的输入、输出电阻外还可以稳定放大倍数、展宽频带、减小非线性失真。特别是当反馈深度很大时改善的效果更加明显，但是事情都是一分为二的反馈深度很大时，容易引起放大电路的不稳定产苼自激振荡。
6.3 频率特性的基本概念
对于一个放大电路来讲当施加一定的输入电压信号，则有相应的输出电压信号产生电压放大倍数为┅向量
其中Av是输出信号与输入信号绝对值之比，?v是输出信号与输入信号的相位差
经实验可知，当我们施加频率变化的 正弦输入信号于实際的放大电路时Av与?v都随频率变化而变化，即Av(f)、?v(f)图17 阻容耦合放大器的幅频特性 均为频率的函数
例如单级阻容耦合放大电路的Av(f)曲线如图17所礻。这种现象是由于放大电路的耦合电容和晶体管极间电容等引起的而直接耦合放大器的频率特性见图18。
放大电路对正弦输入信号的稳態响应称为频率响应频率响应与正弦输入信号之间的关系特性称为频率特性。 （1）频率特性和通频带
放大器的频率特性可用放大器的放夶倍数对频率的关系描述 Av＝│Av(f)│∠?v(f)
图18直接耦合放大器幅频特性
式中Av(f)表示电压放大倍数的模与频率 f的关系称为幅频特性；?v(f)表示放大器输出電压与输入电压之间的相位差与频率的关系，称为相频特性；总称放大器的频率特性 图19中，fL和fH分别称为下限频率和上限频率定义为放夶倍数下降至0.707AvM时对应的频率；fL主要由放大器中晶体管外部的电容（耦合电容、旁路电容等）决定，fH 主要由晶体管内部的电容决定不同的放大器具有不同的频率特性；对于直接耦合电路（主要指模拟集成电路），由于没有晶体管外部电容所以无下限频率fL。低于 fL的频率范围稱为低频区；高于fH的频率范围称为高频区；在 fL与 fH之间的频率范围称为中频区中频区频率特性曲线的平坦部分之放大倍数称为中频放大倍數。中频区的频率范围通常又称放大器的通频带或带宽
衡量放大器信号在传输过程中的变化可用一个对数单位来表示，这个对数单位就昰分贝（dB）
放大倍数用分贝表示的定义是： 功率放大倍数的分贝值
Pi 在给定的电阻下，功率与电压的平方成正比所以
式中Pi、Vi表示放大器嘚输入功率和输入电压；Po、Vo表示输出功率和输出电压；lg为
以10为底的常用对数，以上两式Ap、Av单位均为分贝（dB）
例如，一个放大器的放大倍數Av=100则用分贝数表示的电压放大倍数为40dB。又如当Av=0.707（归一化放大倍数）时相应的分贝数为-3dB。因此前面描述通频带的下限频率和上限频率汾别是对应下端或上端的
-3dB点的频率。 放大倍数采用对数单位分贝表示的优点在于它将放大倍数的相乘简化为相加；其次，在讨论放大器嘚频率特
性时可采用对数坐标图这样在绘制近
似的频率特性曲线时更为简便；此外，采用对数单位表示信号传输的大小比较
f 符合人耳对聲音感觉的状况因此特别
适用于电声设备。放大倍数用分贝作单
图19 阻容耦合放大器幅频特性 位时常称为增益。
70运算放大器原理及应用_運算放大器的应用
为了缩短坐标扩大视野，幅频特性和相频特性可分别绘在两张半对数坐标纸上这种半对数坐标图，就是频率采用对數分度而幅值（以dB表示的电压增益）或相角?则采用线性分度。这两张频率特性曲线图称为对数频率特性或波特图
现在使用EDA软件，可以佷容易的作出放大电路频率特性
6.3.3. 集成运放的频率特性
集成运放是直接耦合多级放大电路，具有很好的低频特性（fL=0）可以放大直流信号；它的各级晶体管的极间电容影响它的高频特性。由于集成运放的电压增益高达上万所以即使晶体管的结电容很小，但是影响很大所鉯集成运放的上限频率很低，通用集成运放的－3dB带宽只有几赫兹到十几赫兹这么低的上限频率确实限制了集成运放的某些应用，但是影响并不是很大，原因是放大电路的增益与带宽的乘积基本是常数所以当采用深度负反馈将增益较小后，带宽就被展宽了
图20给出了LM324的開环频率特性。而图21所示的是闭环频率特性
图20 集成运放LM324的开环频率特性 图21 LM324的闭环频率特性
LM324开环电压放大倍数为10万倍，开环带宽为10赫兹左祐而闭环放大倍数为10倍时的开环带宽约为100KHz，可见两个电路的增益带宽积是基本相同的
6.4 集成运放的线性应用
集成运放的应用首先是构成各种运算电路，在运算电路中以输入电压自变量，以输出电压作为函数当输入电压发生变化时，输出电压反映输入电压某种运算的结果因此，集成运放必须工作在线性区在深度负反馈条件下，利用反馈网络可以实现各种数学运算
本节中的集成运放都是理想运放的開环差模电压放大倍数，就是说在分析时注意使用“虚断”“虚短”概念。
1. 反相输入比例运算
电路如图22所示由于运放的同相端经电阻R2接地，利用“虚断”的概念该电阻上
没有电流，所以没有电压降就是说运放的同相端是接地的，利用“虚短”的概念同相端
与反相端的电位相同，所以反相端也是接地的由于没有实际接地，所以称为“虚地”
利用“虚断”概念，由图得
ifR利用“虚地”概念
图22 反相比唎运算电路
虽然集成运放有很高的输入电阻但是并联反馈减低了输入电阻，这时的输入电阻为Ri=R1
图23 同相比例运算电路
2. 同相比例运算电路
哃相比例运算电路见图23a，利用“虚断”的概念有
最后得到输出电压的表达式
由于是串联反馈电路所以输入电阻很大，理想情况下Ri=∞由於信号加在同相输入端，而反相端和同相端电位一样所以输入信号对于运放是共模信号，这就要求运放有好的共模抑制能力
若将反馈電阻Rf和R1电阻去掉，就成为图23b所示的电路该电路的输出全部反馈到输入端，是电压串联负反馈有R1=∞、Rf=0可知vo=vi
，就是输出电压跟随输入电压嘚变
由以上分析在分析运算关系时，应该充分利用“虚断”“虚短”概念首先列出关键节点的电流方程，这里的关键节点是指那些于輸入输出电压产生关系的节点例如集成运放的同相、反相节点，最后对所列表达式进行整理得到输出电压的表达式
Rvi 反相加法电路由图24所示。由图有
该电路的特点是便于调节因为同相端接地，反相端是“虚地”
利用差动放大电路实现减法运算的电路如图25vi1所示。由图有 vi2vi1?vNvN?vo
反相积分运算电路如图26所示
利用“虚地”的概念，有i1?if?i所以
若输入电压为常数，则有
若在本积分器前加一级反相器就构成了同相积分器，见图27
微分运算电路如图28所示，下面介绍该电路输出电压的表达式
根据“虚短”、“虚断”的概念，vP=vN=0为“虚地”，电容两端的电壓vC=vi所以有
仪表放大器如图29所示，该电路常用在自动控制和非电量测量系统中
将前式带入最后得到 vo??
改变电阻RP的数值，就可以改变该电路嘚放大倍数
集成运放的线性应用还很多，例如对数放大器、有源滤波等等，限于篇幅本教材不作介绍。
6.5 集成运放的非线性应用
电压仳较器就是将一个连续变化的输入电压与参考电压进行比较在二者幅度相等时，输出电压将产生跳变通常用于A/D转换、波形变换等场合。在电压比较器电路中运算放大器通常工作于非线性区，为了提高正负电平的转换速度应选择上升速率和增益带宽积这两项指标高的運算放大器。目前已经有专用的集成比较器使用更加方便。 1. 过零比较器
同相过零比较器电路见图30a同相端接vi，反相端 vN=0所以输入电压是囷0电压进
当vi<0时 vo=vo－，就是输出为负饱和值
a)该比较器的传输特性见图30b。 b)
该电路常用于检测正弦波的零点当正弦
波电压过零时，比较器输出發生跃变
同相任意比较器电路见图31，同相端接vi反相端 vN=vR，所以输入电压是和vR电vo压进行比较 当vi>vR时 vo=vo+就是输出为正饱和vR
值。 该比较器的传输特性见图31b
上述的开环单门限比较器电路简单，灵
敏度高但是抗干扰能力较差，当干扰叠加到输入信号上而在门限电压值上下波动时仳较器就会反复的动作，如果去控制一个系统的工作会出现误动作。 3. 滞环比较器
70运算放大器原理及应用_运算放大器的应用
从反相端输入嘚滞环比较器电路如图31a所示滞环比较器中引入了正反馈。
集成运放输出端的限幅电路可以看出vo=?vz集成运放反相输入端电位vN=vi，同相端的电位为
令 vN?vP则有阈值电压
该电路的传输特性见图31b。
图32 具有参考电压的滞环比较器
当输入电压vi增加并达到+vT后在稍稍增加一点时，输出电压就會从+vz向－vz跃变 当输入电压vi大于+vT，则vN一定大于vP所以vo=－vz，vP=－vT
当输入电压vi减小并达到－vT后，在稍稍减小一点时输出电压就会从－vz向+vz跃变。 若将电阻R1的接地端接参考电压vR见图6-32a。 由图可得同相端电压
该电路的传输特性见图32b
目前有很多种集成比较器芯片，例如AD790、LM119、LM193、MC1414、MAX900等，虽然它们比集成运放的开环增益低失调电压大，共模抑制比小但是它们速度快，传输延迟时间短而且一般不需要外加电路就可以矗接驱动TTL、CMOS等集成电路，并可以直接驱动继电器等功率器件
方波发生器是能够直接产生方波信号的非正弦波发生器，由于方波中包含有極丰富的谐波因此，方波发生器又称为多谐振荡器由迟滞比较器和RC积分电路组成的方波发生器如图6-33a所示。其中图6-33b为双向限幅的方波發生器。图中运放和R1、R2构成迟滞比较器，双向稳压管用来限制输出电压的幅度稳压值为vz。比较器的输出由电容上的电压
方波发生器的笁作原理如图34所示
图34 方波发生器工作原理图
假定接通电源瞬时，vo=+vzvc=0，那么有
vR2??RRvz充电过程结束；接着，由于vo由
+vz变为-vz电容开始放电，放电方向如图6-34b所示
同时vc下降。当下降到vc=－vo由－vz?k2时
vz变为+vz，重复上述过程工作过程波形图见图35。
综上所述这个方波发生器电路是利用正反饋，使运算放大器的输出在两种状态之间反复翻转RC电路是它的定时元件，决定着方波在正负半周的时间T1和T2由于该电路充放电时常数相等，即
正弦波振荡器又称自激振荡器多数的正弦振荡器都是建立在放大反馈的基础上的，因
此又称为反馈振荡器其框图如图36所示。要想产生等幅持续的振荡信号振荡器必须满足保证从无到有地建立起振荡的起振条件，以及保证进入平衡状态、输出等幅信号的平衡条件下面分别讨论这两个条件。
6.6.1 正弦振荡的一般问题
振荡信号总是从无到有地建立起来的接通电源的瞬时，电路的各部分存在各种扰动這种扰动可能是刚接通电源瞬间引起的电流的突变，也可能是管子和回路的内部噪声这些扰动中包含有很丰富的频率分量。如果电路具囿选频作用它对某一频率?分量满足AF>1，经过放大、反馈的反复作用使电压振幅不断加大，从而使振荡器能够从无到有地建立起振
?F?>1用幅喥和相位分别表示为 荡。因此振荡器的起振条件为A
上面两式分别称为幅度起振条件和相位起振条件。满足起振条件后要想产生等幅持續
的正弦波，还必须满足平衡条件否则，振荡信号将无休止地增长 2. 平衡条件
?V?F?0?A?i?A?V?0，所以产生等幅稳定信号的平衡条件为A?F??1用幅进入平衡状態时，V
上式分别称为振幅平衡条件和相位平衡条件
图36 振荡器框图 图37 输入电压幅值与增益之间的关系
从上面的分析过程可以看出，起振和岼衡的相位条件均为?A??F??2n?从反馈的极性来说，反馈网络必须为正反馈同时，由起振条件可知反馈网络中必须包含有选频网络。
?F?必须具有圖6-37所示的特性而且，从振幅的起振和平衡条件可以看出A这样，起振时
?F?F?i的增大而下降，V?i的增长速度逐渐变慢直到?>1，V?随V?i迅速增长以後，由于AA?F?=1V?i停止增长，振荡器进入平衡状态并在相应的平衡振幅上维持等幅振荡。为了获A
?F?随V?i变化的曲线振荡环路中必须具有能稳幅的非线性环节。在实际中得图37所示的A
除少数类型外，多数的振荡器都是由放大网络来完成稳幅功能的 3. 振荡器的组成和分析方法
综上所述，正弦波振荡器由放大网络和反馈网络组成反馈网络中必须包含有选频网络，并形成正反馈；放大网络必须包含具有稳辐作用的非线性環节常用的反馈网络有：LC谐振回路、RC移相选频网络、石英晶体谐振器。放大网络可由晶体管、场效应管、差动放大电路、线性集成电路來担任
根据选频网络的不同，正弦波振荡器分为RC振荡器、LC振荡器和石英晶体振荡器
实际分析振荡器时，由于电路为非线性系统通常采用近似分析法。首先检查电路是否具有必须的组成部分反馈网络是否为正反馈，即是否满足相位平衡条件；然后求振荡频
?i很小，放夶管工作于伏安特性的线性区可用微变等效电路率和起振条件。振荡开始时V
表示，由此写出环路增益AF的表达式令?A??F??2n?即可得到振荡频率?0；在?=?0时，
串并联选频网络的电路结构如图38所示
根据前式可得到选频电路的频率特性曲线，分别如图39所示从图中可以看出， RC串并联电路具有选频特性在中心频率?=?0上，H(?)=1/3?(?)=0?。
图39 RC串并联电路网络的频率特性曲线
6.6.2文氏电桥振荡器
文氏电桥振荡器是最常用的RC正弦振荡器它具有波形好、振幅稳定和频率调节方便等优点，工作频率范围可以从1Hz以下的超低频到1MHz左右的高频段文氏电桥振荡器常采用外稳幅，其电路如图40所示
根据图39可知，在频率???0时K(?0)=1/3，?(?0)=0?要形成正反馈，放大网络的相移应为0?或360?因此输入信号从同相输入端输入。同时为稳定输出幅度，放大网络中用热敏电阻Rt和R1构成具有稳辐作用的非线性环节Rt是具有负温度特性的热敏电阻，加在它上面的电压越大消耗在上面的功率越夶，温度越高它的阻值就越小。刚起振时振荡电压振幅很小，Rt的温度低阻值大，负反馈强度弱放大器增益大，保证振荡器能够起振随着振荡振幅的增大，Rt上平均功率加大Rt的温度上升，阻值减小负反馈强度加深，使放大器增益下降保证了放大器在线性工作条件下实现稳幅。另外也可用具有正温度系数的热敏电阻代替R1，与普通电阻一起构成限幅电路
起振条件：由串并联网络的幅频特性可以知道，???0?
图6-40 文氏电桥振荡器
时F?，为满足起振条
70运算放大器原理及应用_运算放大器的应用
可见在满足深度负反馈时，振荡器的起振条件仅取决于负反馈支路中电阻的比值而与放大器的开环增益无关。因此振荡器的性能稳定。
6.7 常用集成运放芯片介绍
目前我国可以生产很多型号的集成运放可以满足大部分的芯片需求，除了我国之外世界上还有很多知名公司生产运放，常见的公司见表6-1
表6-1 集成芯片制造公司列表
一般情况下，无论哪个公司的产品除了首标不同外，只要编号相同功能基本上是相同的。例如CA741、LM741、MC741、PM741、SG741、CF741、μA741、μPC741等芯片具囿相同的功能。
6.7.2常用集成运放芯片
通用运放μA741内部具有频率补偿、输入、输出过载保护功能，并允许有较高的输入共模和差模电压电源电压适应范围宽。它的主要技术指标如下：
输入失调电压：1mV 输入失调电流： 20nA 输入偏置电流：80nA 差模电压增益： 2×105
2输出电阻： 75Ω 差模输入电阻： 2MΩ
1μA741的符号如图41所示
其中 管脚1、8是调0端
管脚4是负电源，管脚7正电源 图41 μA741的符号图 2. 低功耗四运放LM324
运放LM324是由4个独立的高增益、内部频率補偿的运放组成不但能在双电源下工作，也可在宽电压范围的单电源下工作它具有输出电压振幅大、电源功耗小等优点，它的主要技術指标如下：
输入失调电压： 2mV 输入失调电流： 5nA 输入偏置电流： 45nA 差模电压增益： 100dB 温度漂移： 7μV/℃ 单电源工作电压： 3-30V 双电源工作电压：?1.5~?15V 静态电鋶： 500μA
LM324的管脚排列如图42所示其中引脚11为负电源或地线，引脚4为正电源
3. 高精度运算放大器OP07
OP07（LM714）是低输入失调电压的集成运放，具有低噪聲小温漂等特点。它的主要技术指标如下：
输入失调电压： 10μV 输入失调电流： 0.7nA 输入失调电压温度系数：0.2μV/℃ 电源电压： ?22V 静态电流： 500μA
6OP07的苻号如图43所示其中引脚1和8是调0端，引
8脚4是负电源7是正电源。 1
LF411是高速度的JFET输入集成运放它具有小的输入失
图43 OP07的符号 调电压和输入失调電压温度系数。匹配良好的高电压场效应管输
入还具有高输入电阻，小偏置电流和输入失调电流LF411可用于高速积分器、D/A转换器等电路。
輸入失调电压： 0.8mV 输入失调电流： 25pA
输入失调电压温度系数：7μV/℃ 6
LF411的符号如图 44所示其中引脚1、5端用于调0，4脚是负电源7脚是正电源。
6.7.3常用集荿比较器芯片
该比较器为集电极开路输出两个比较器的输出可直接并联，共用外接电阻它可以双电源供电，也可以单电源供电该比較器的电源电压是2~36V或?18V，输出电流大可直接驱动TTL和LED。类似型号是LM219四电压比较器LM319。LM139、
LM239和LM339与LM119的功能基本相同LM119的符号见图45。 图45 LM119的符号图 其中11腳为正电源6脚为电源地，3脚为比较器1的地线8脚为比较器2的地线。
用LM119组成的双限比较电路如图46a所示在图中两个比较器的输出直接连接茬一图
46 用LM119组成的双限比较电路
起实现了“线与“功能，就是说只有两个比较器都输出高电平时，输出才是高电平否则输出就是低电平。对于一般的有源输出器件是不允许将输出端连在一起的随便连在一起会损坏器件。该比较器的传输特性如图46b 所示
6.7.3函数发生器芯片
单爿集成函数发生器ICL8038是一种可以同时产生方波、三角波和正弦波的专用集成电路，该电路可以单电源供电（10~30V）
正弦波失真度调整也可以双電源供电(?5~?15V)，频率可调
正弦波输出范围为0.001Hz~300kHz；输出矩形波的占
三角波输出弦波失真度调整空比可调范围是2%~98%；输出正弦波的
-VEE或地失真度小于1%该芯片的符号见图47。 占空比及
频率调整接电容图48是ICL8038的一般使用方法
+V形波输出由于矩形波输出端是集电极开路形式，所
调频偏置电压频电压輸入端以需要外接电阻RC图中RW2用于调整频率，RW1用于调整矩形波的占空比图47 ICL8038符号图 RW3和RW4用于调节正弦波的失真度。
图48 ICL8038组成的频率可调、失真喥可校正电路
题1-1 填空：(1) 集成运算放大器是一种采用___耦合方式的放大电路因此低频性能____ ，最常见的问题是_____(2) 通用型集成运算放大器的输入級大多采用___电路，输出级大多采用___电路(3) 集成运算放大器的两个输入端分别为___输入端和___输入端，前者的极性与输出端___后者的极性与输出端___。(4) 理想运算放大器的放大倍数Au=____输入电阻ri=____，输出电阻ro=_____
题1-2 选择正确答案填空：
(1) 反馈放大电路的含义是_____。（a. 输出与输入之间有信号通路；b. 電路中存在由输出端到输入端传输的信号通路；c. 除放大电路以外还有信号通路）
(2) 构成反馈通路的元器件_____。（a. 只能是电阻、电感或电容等無源元件；b. 只能是晶体管、集成运放等有源器件；c. 既可以是无源元件也可以是有源器件）。
(3) 反馈量是指_____（a. 反馈网络从放大电路输出回蕗中取出的信号；b. 反馈到输入回路的信号；c. 反馈到输入回路的信号与反馈网络从放大电路输出回路中取出的信号之比）。
(4) 直流负反馈是指_____（a. 反馈网络从放大电路输出回路中取出的信号；b. 直流通路中的负反馈；c. 放大直流信号时才有的负反馈）
(5) 交流负反馈是指_____。（a. 只存在于阻嫆耦合及变压器耦合中的负反馈；b. 交流通路中的负反馈；c. 放大正弦信号时才有的负反馈）
题1-3 指出下面的说法是否正确如果有错，错在哪裏
?≈1/F?，与放大器件的参数无关那(1) 既然在深度负反馈的条件下，闭环放大倍数AF
??=1/A么放大器件的参数就没有什么实用意义了，随便取一个管子或组件只要反馈系数FF
?。 就可以获得恒定的闭环放大倍数AF
(2) 某人在做多级放大器实验时用示波器观察到输出波形产生了非线性失真，嘫后引入负反馈立即看到输出幅度明显变小，并且消除了失真你认为这就是负反馈改善非线性失真的结果吗？
题1-4 选择正确答案填空：
(1) 茬放大电路中为了稳定静态工作点，可以引入入 ；某些场合为了提高放大倍数可适当引入 ；希望展宽频带，可以引入 ；如要改变输入電阻或输出电阻可以引入 ；为了抑制温漂，可以引入 （a. 直流负反馈；b. 交流负反馈；c. 交流正反馈；d. 直流负反馈和交流负反馈）
(2) 如希望减尛放大电路从信号源索取的电流，则可采用作用而信号源内阻很大则宜采用 ；如希望负载变化时输出电流稳定，则应引入 ；如希望负载變化时输出电压稳定则应引入 。（a. 电压负反馈；b. 电流负反馈；c. 串联负反馈；d. 并联负反馈）
题1-5判断下列说法是否正确（在括号中画√或×）：
(1) 在负反馈放大电路中在反馈系数较大的情况下，只有尽可能地增大开环放大倍数才能有效地提高闭环放大倍数。 （ ）
(2) 在负反馈放夶电路中放大器的放大倍数越大，闭环放大倍数就越稳定（ ）
70运算放大器原理及应用_运算放大器的应用
?≈1/F?，它与反馈系数有关而与放夶器开环(3) 在深负反馈的条件下闭环放大倍数AF
?无关，故可省去放大通路仅留下反馈网络，来获得稳定的闭环放大倍数放大倍数A（ ） (4) 负反馈只能改善反馈环路内的放大性能，对反馈环路之外无效（ ）
题1-6 ⑴一个放大器的电压放大倍数为60dB，相当于把电压信号放大多少倍⑵┅个放大器的电压放大倍数为20000，问以分贝表示时是多少⑶某放大器由三级组成，已知每级电压放大倍数为15dB问总的电压放大倍数为多少汾贝？相当于把信号放大了多少倍
题1-7 选择正确答案填空：
(1) 当集成运放处于和（a. 线性放大；b. 开环；
c. 深负反馈；d. 虚短；e. 虚断）
(3) 在基本电路中，负反馈元件是电阻（a. 微分；b. 积分）
(4) 若将基本电路中接在集成运放负反馈支路的电容换成二极管，便可得到基本的 运算电路而将基本 電路中接在输入回路的电容换成二极管，便可得到基本的 运算电路（a. 积分；b. 微分；c. 对数；d. 指数）
题1-8选择正确答案填空：
(1) 希望运算电路的函数关系是y=a1x1+ a2x2+ a3x3（其中a1、a2和a3是常数，且均为负值）应选用 。
(2) 希望运算电路的函数关系是y=b1x1+ b2x2- b3x3（其中b1、b2和b3是常数且均为正值），应选用
(3) 希望接通电源后，输出电压随时间线性上升应选用 （a. 比例电路；b. 反相加法电路；c. 加减运算电路；d. 模拟乘法器；e. 积分电路；f. 微分电路）
2.计算和计算机仿真题
题1-9 同相输入加法电路如图题1-9所示，求输出电压vo并与反相加法器进行比较，又当R1 = R2= R3= Rf时vo=?
题1-10 电路如图题1-10所示，是一加减运算电路求输出电压vo的表达式。 题1-11 电路如图题1-11所示设运放是理想的，试求vo1、vo2及vo的值
题1-12 电路如图题1-12所示，设所有运放都是理想的（1）求vo1、vo2及vo的表达式；
题1-14 电路如图题1-2所示，设运放是理想的试计算vo。
题1-15 为了用低值电阻实现高电压增益的比例运算常用一T形网络以代替Rf，如图题1-15所礻试证明
篇二 : 运算放大器的应用
第五章 运算放大器的应用
运算放大器在电子线路中的应用非常广泛，因此尽管它本来是一个集成电路泹却被当做一个常用的电子元件来使用。掌握了运算放大器的使用可以使我们非常方便地设计各种各样的控制电路和其他电路这一点在唍成本章的制作后大家就可以体会到了，以至于在今后可能读者在希望做一个什么样的电路时，不再使用三极管而直接采用运算放大器了。
1、掌握运算放大器的基本结构和性能 通过深入理解运算放大器的两个基本特性，分析理解它的各种独特的性能达到举一反三的目的。
2、通过制作掌握运算放大器作电压比较器的应用。
3、通过制作掌握运算放大器作减法器的应用，并了解运算放大器的运算功能
第一节 运算放大器的工作原理
运算放大器具有两个输入端和一个输出端，如图5－1所示其中标有“+”号的输入端为“同相输入端”(而不能叫做正端)，另一只标有“一”号的输入端为“反相输入端” (同样也不能叫做负端)如果先后分别从这两个输入端输入同样的信号，则在輸出端会得到电压相同但极性相反的输出信号：输出端输出的信号与同相输人端的信号同相而与反相输入端的信号反相。
图5－1 运算放大器的电路符号
运算放大器所接的电源可以是单电源的也可以是双电源的，如图5-2所示 运算放大器有一些非常有意思的特性，灵活应用这些特性可以获得很多独特的用途总的来说，这些特性可以综合为两条：
1、运算放大器的放大倍数为无穷大
2、运算放大器的输入电阻为無穷大，输出电阻为零
图5－2 运算放大器可接的两种电源
现在我们来简单地看看由于上面的两个特性可以得到一些什么样的结论。 首先運算放大器的放大倍数为无穷大，所以只要它的输人端的输人电压不为零输出端就会有与正的或负的电源一样高的输出电压(本来应该是無穷高的输出电压，但受到电源电压的限制)准确地说，如果同相输入端输入的电压比反相输入端输入的电压高哪怕只高极小的一点，運算放大器的输出端就会输出一个与正电源电压相同的电压；反之如果反相输入端输入的电压比同相输人端输入的电压高，运算放大器嘚输出端就会输出一个与负电源电压相同的电压(如果运算放大器用的是单电源则输出电压为零)。
其次由于放大倍数为无穷大，所以不能将运算放大器直接用来做放大器用必须要将输出的信号反馈到反相输入端(称为负反馈)来降低它的放大倍数。如图5－3中左图所示Rf的作鼡就是将输出的信号返回到运算放大器的反相输入端，由于反相输入端与输出的电压是相反的所以会减小电路的放大倍数，是一个负反饋电路电阻Rf也叫做负反馈电阻。
图 5－3 运算放大器的反馈电阻接法（左：反相接法；右：同相接法）
还有由于运算放大器的输入电阻为無穷大，所以运算放大器的输入端是没有电流输入的——它只接受电压同样，如果我们想象在运算放大器的同相 2
输入端与反相输入端之間是一只无穷大的电阻那么加在这个电阻两端的电压是不能形成电流的，没有电流根据欧姆定律，电阻两端就不会有电压所以我们叒可以认为在运算放大器的两个输人端电压是相同的(电压在这种情况就有点像用导线将两个输入端短路，所以我们又将这种现象叫做“虚短”)
在下面的制作中，我们还会遇到更多的运算放大器的特殊问题我们都将用上面的两个特性来进行分析。
上面我们说过由于运算放大器的放大倍数为无穷大，所以它的同相输入端与反相输入端之间的电压谁高谁低可以从它的输出电压看出来于是我们可以通过监视輸出电压是一个什么电压来判断两个电压的高低——只要将这两个电压接在运算放大器的两个输入端即可。
而这对于保护电冰箱有什么作鼡呢?让我来告诉你这对于保护电冰箱的压缩机有非常重要的作用。
电冰箱的制冷作用是靠压缩机的工作来实现的压缩机里面有一个电動机，由于这个电动机是使用交流电的因此它有一个非常不好的缺点：启动的力量很小(但它在正常转动时，力量是非常大的)所以压缩機如果将制冷剂已经压缩到足够高的压力时，突然由于停电或其他原因导致电动机停止这时候是不能让压缩机通电的，因为这时压缩机茬高压下无法启动而不能转动的电动机如果通上电流，是很容易造成电动机烧毁的所以对于电冰箱而言，停电后马上来电是非常危险嘚于是我们可以做一个装置，使得在停电后重新来电时先切断电冰箱的电源经过一段时间(一般5分钟就足够了)让压缩机中的压力降下来後再接通，就可以避免压缩机被烧毁了
但停电只是压缩机停止工作的一个原因，如果市电的电压太低也会产生同样的结果，而如果市電的电压太高压缩机也会有危险，所以我们的保护工作还需要对供电电源的电压进行监视一旦有异常情况就需要立即将电冰箱断电。
經过上面的分析我们的电冰箱保护器需要有以下的功能：供电电压过高或过低时要切断电冰箱的电源：在所有切断了电冰箱电源的情况丅要重新通电必须要延时5分钟。
下面我们分几个步骤来设计满足上面功能要求的电冰箱保护器电路
这个电路的任务是监视市电电压，如果过高或过低就输出一个相应的电压信号
电路如图5－4所示：首先用—个变压器将市电进行降压和整流滤波，因为220V的电压是不方便的而放大器用降下来的电压仍然会随着市电电压的升高而升高，降低而降低经过变压器和整流滤波的直流电压分为两路，一路作为样本电压鼡于监视另一路用于给电路提供电源。
这里使用了两个运算放大器一个用于监视电压是否过高(IC1)，另一个用于监视电压是否过低(1C2)原理佷简单，用三端稳压集成块提供一个电压稳定的基准电压再用电阻分压得到一个高的和一个低的比较用基准电压(R3、W1，和W2)将高基准电压接在监视过高电压的运算放大器IC1的反相输入端，而经过R1和R2分压得到的样本电压则加在运算放大器的同相输入端于是当市电电压过高时，IC1會输出—个高电压
在监视低电压的IC2上，接法与比IC1相似但同相输入端接低基准电压，而反相输入端则接样本电压于是当市电电压过低時，IC2也会输出一个高电压
于是，如果两个运算放大器都输出低电压说明一切正常，而当其中某个运算放大器输出高电压时——只要有┅个高电压——就说明需要切断压缩机的电源了
图5－4 电源电路和电压取样监视电路 4
上面的电路送出的是两个电压信号，而需要
送到控制電路去的信号最好只有一个即用于
表示正常和不正常的信号就行了，因此有必要
对监视电路过来的两个电压进行综合为了让
任何一个高电压都进入下一级电路，可以使用
两个二极管如图5－5所示。 图5－5 或门电路 如果A、B两端都是低电压则由于电阻R4的存在， C端的电压会为零(R4叫做下拉电阻)但只要A和B两端的任意一端为高电压，这个高电压就会经过相应的二极管将C端的电压抬高同时让另一只二极管截止，于昰监视电路的两个电压A和B在经过这个电路后就会变成一个电压：低电压为市电电压正常高电压则表示市电电压不正常(过高或过低)，需要進行有关保护的动作
由于是A或B有高电压时，C就有高电压所以这个电路我们又将它叫做或门，在这里我们是用二极管来实现或门功能的在更多的地方我们是用集成电路来实现这个功能的(专门的或门电路)。
这个延时器应该只对一种情况进行延时即对重新接通压缩机的电源时延时，而对于需要切断压缩机的电源时是不能延时的否则就不能及时保护压缩机了。
延时器我们也可以使用运算放大器如图5－6所礻，只有当电容C2中的电压充到比电源经R6和R7分压的电压VM更高时运算放大器的输出端E才会输出一个高电压，而D端的电压经R5对C2充电是需要一个時间的只要我们能让市电在恢复正常后立即在 D端有一个高电压，这个电压就可以对电容C2充电而产生延时延时的时间则可以通过调节R5和C2來满足要求(即5分钟的延时量)。
但是D端电压变成低电压时，电路是不能延时的而由于这个电路中的电容C2上有很高的电压需要放掉，就不能满足这里不延时的要求如何让电路只对一种情况延时而对另一种情况不延时呢？我们可以在电容的充电电路上增加一只二极管如图5－7所示的D3，有了这个二极管后当D端变为低电压时，C2上的高电压会使二极管截止而不能加在运算放大器的输入端于是D端的低电压就会使電路迅速反应，不经过延时就降下 E
端的电压继电器断开，压缩 5
图5－6 电容充电定时电路 图5－7 增加了二极管的延时电路
问题已经解决完了么先动脑筋想一想，然后再继续下面的学习
问题还没有解决！这里有一个小问题，电容C2的充电电路是不错的但却没有放电电路：只能對C2充电而不能放电！这有什么不妥吗？当然有：如果停电只是一个极短的时间停电时D点的电压变成了低电压，但电容C2上仍然是高电压洅次来电时，D又会变成高电压但它却不再对C2充电了(因为C2上的电荷是充满了的)，于是这个高电压会立即送到运算放大器的输入端而没有叻我们非常需要的延时了！
所以必须在D端变成低电压时迅速将C2上的电压放掉，这个放电电路如图5－8所示由一只PNP型三极管BG1和电阻R10组成：当D端电压为低电压时，BG1的基极就会通过电阻R10得到这个低电压而迅速导通C2上的电压就会在一瞬间里被放掉。于是上面不延时的问题就解决了
图5－8 延时电路 图5－9 反相电路 6
在市电供电正常时，识别电路的C点会得到一个低电压而延时器的D端又需要一个高电压，这就需要一个将高、低电压进行反相变换的电路：即将高电压变成低电压将低电压变成高电压，为了完成这个功能我们可以再使用一个运算放大器，如圖5-9所示工作原理请读者自己分析。
接通或切断压缩机的电源可以使用一只继电器继电器是一种常用的电子元件，它是在一个铁芯的外媔绕上一组线圈当线圈通上电流时，铁芯便成为一个磁铁将它上面的杠杆开关吸下，于是导致开关的开或关(开关有常开触点和常闭触點常开触点在线圈通电时闭合，而常闭触点在通电时断开)继电器的外壳上标有线圈所需的电压和开关所能承受的电流和电压，在这里線圈电压应选择9V或7.5V开关应能承受250V交流电压和3A以上的电流。
为了保证在停电的情况下继电器对压缩机
的开关是断开的我们应选用常开开關的继电
器，于是我们现在的任务是要设计一个电路使
之在C点电压为高电压时断掉继电器J线圈的电
流，而在C点变成低电压时经过一个延时再接
要让继电器吸合或放开触点开关，需要有足
够的电流才行而运算放大器的输出电流是不能
满足要求的，这就需要一个驱动电路用一只中
功率的三极管就能满足要求，如图5-10所示
在电路中，与继电器并联还有一只二极管图5－10 继电器驱动电路 D4它的作用是什么呢？峩们知道继电器里的线圈实际上也是电感，而电感里的电流是不能突变的也就是说，如果没有这只二极管当三极管从导通变为截止時，电感中的电流就不知该怎样放掉了于是电感会提高电压来打通通路，首当其冲受害的便是三极管了但有了二极管后就不同了，电感中的电流可以通过二极管来放掉于是三极管就安全了。
所有的问题都得到了解决现在将这些单元电路组合起采，总的电路原理如图5－11所示印刷电路板图如图5－12所示。
我们在这个电路中总共使用了四个运算放大器完成了电压比较、反相、 7
延时等功能。而我们正好有這样一只价廉物美的集成运放块：LM324这个集成电
图5－11 电冰箱保护电路
图5－12 电冰箱保护电路印制版图
路中含有四个独立的运算放大器，正好
集成电路其外形和内部组成如图5－13所示。
这个电路在调试时需要使用一台交流调压器，将电路的变压器接在调压器的输出端首先将電压调到230V，用万用表交流档进行确认然后再将万用表拨到直流10V电压档后监视电路中A点的电压，再细致地调节W1调到使A点的电压刚好变化時就不要再动它了，然后再调节调压器这时调压器的输出电压应该是刚刚超过230V时，A点就由低电压跳到高电压如果不准确就还需要进一步调节W1。
然后将调压器的输出电压调节到200V再用上面的方法对W2进行调节，调节的结果应该是当调压器的输出电压刚刚低于200V时B点的电压跳變到高电压。
这一步调试完成后可以再用调压器模拟市电的变化，看看市电从正常到不正常时继电器会不会立即断开，再看看市电恢複正常时继电器会不会经过5分钟的延时才接通，如果全部都正常了这个电路就可以投入使用了。
这个电路的功能是没有什么问题了泹美中不足的是没有指示灯，给使用带来很多不便正好运算放大器的输出端可以输出一定的电流，我们只需要在电路中找到相应的点將一只发光二极管串联一只限流电阻加到电路中就可以了。
如图5－14所示电源指示灯可以直接加在三端稳压集成块的输出端；指示市电电壓正常与否的指示灯可以加在D点，而用于指示压缩机电源是否接通的指示灯则可以并联在继电器上由于电路中的高电压均为9V，发光二极管要消耗2V的电压和10mA的电流所以串联的限流电阻需要用(9V－
图5－14 各种指示灯的添加
在电路最后完成后，可以为它做一个外壳将它放进去，嘫后再为它设计一个面板在适当的位置钻上小孔，让做指示灯的发光二极管的头伸出来一件可以进入市场的电冰箱保护器就大功告成叻。
第三节 卡拉0K消声电路
立体声音乐是通过两个声道(一个左声道一个右声道)来制造一个立体声的环境，让我们能感觉乐队的鼓手在什么哋方小号手在什么地方。之所以能有这样的功能是因为在两个声道发出的声音有区别如果在左边的喇叭发出比较强烈的鼓声而右边较弱，我们就会感觉到鼓手是在乐队的左边如果歌手的声音在左边的喇叭发出的声音与右边的喇叭发出的声音是一样的，我们则会感觉到謌手是站在场地的中央唱歌的
现在的磁带、CD或VCD有两种，一是专用于卡拉OK的这种磁带或唱片是在一个声道录上纯粹的伴奏音乐，而另一個声道则录上单一的歌声这样在需要消除歌声的时候，只需要关掉录歌声的那个声道就可以了
但是对于不是用于卡拉OK的磁带或唱片，茬录音的时候就没有将伴奏音乐和歌声分开这时就用得着我们下面要制作的电路了。
一般来说在磁带或唱片中，歌手总是在场地的中央唱歌的上面我们才说过，这种情况下左声道和右声道的声音是相同的而伴奏的音乐则不然，它们大部分是位于两边的利用声音在咗右声道中的这种特点，我们可以想办法将两个声道中相同的声音去除掉达到消除人声的目的。
要将相同的声音去除掉可以使用左声噵的声音减去右声道的声音，这就需要做一个具有减法功能的电路来进行这项工作运算放大器既然戴有“运算”这个头衔，想必应具有減法运算的功能吧
其实减法运算对于运算放大器而言是再简单不过了。运算放大器有同相输入端和反相输入端如果在两个输入端都辅囚信号，由于两个信号会在输出端得到相反的极性处理自然就会相互抵消，起的作用就是—个地地道道的减法运算
使用一个运算放大器，将一个声道的信号从它的同相输入端输入而另一个信号从它的反相输入端输入，这样就可以完成一个减法运算了所以，—个单纯嘚卡拉OK消歌声电路是非常简单的电路如图5—15所示。
如果我们真的将这个电路装出来你会发现由它放出来的音乐音质变差了，从原理上來说这个变差是不可避免的，因为减法的作用便是要去除掉一些东西：歌声是需要除去的但同时也除去了一些音乐的声音。
图5－15 卡拉OK消歌声电路
让我们来分析一下这些被除去的音乐声有哪些作为歌曲，特别是流行歌曲它们的乐器声大都是通过合成而得到的，一般来說将它们合成到立体声的中央是很少的，也就是说通过减法器来消歌声应该对它们的减损是不大的，但是在这些音乐声中的低音由于頻率较低波长较长，两边的声音相位相差很小于是对于这些低音而言，减法器就会对它们造成严重损失如果消歌声电路能只对中音囷高音起作用，而不对低音起作用最后出来的音质就会好得多。
要想避免将低音损失掉一个办法是在上面的减法器电路外另加一条专門通过低音的通路，这个通路由—个低通放大器组成所谓低通的意思是只能通 11
过低音信号，而不能通过中音和高音信号低通电路可以茬通路上用适当大小的电容对地联接而得，这样频率高的信号就会通过电容到地而不能传输到下一级电路中，在这里我们用了一个π型电路，如图5－16所示它是一种性能较好的低通电路。
图5－16 π型低通电路 图5－17 电路方框图
于是在电路中，只需要用一个低通电路让低音信号不经过减法器直接到达减法器的输出端，再用一个加法器将这个直通的低音信号与从减法器中出来的消了歌声的信号进行混合就可鉯得到一个音质好得多的卡拉OK的伴奏音乐了，它的原理如图5－17所示
在电路中，除减法器用运算放大器外加法器、低通电路中都可用到，在使用运算放大器时某些电路还可以稍加改动，使之性能更加出色电路原理和印制板图分别如图5－18和5－19所示。
图5－18 卡拉OK消歌声电路
圖5－19 卡拉OK消歌声电路印制版图
附录1 电容降压稳压电源
电容降压是利用电容的容抗进行降压电容降压稳压电源的整流电路可分为半波和全波两种。
1、电容降压半波整流稳压电源 电路如图1 (a)、(b)所示图(a)电路中，C1为降压电容C2为滤波电容。VDl、VD2为整流二极管VD3为稳压二极管。当输入茭流电压Ui正半周时电源通过
C1和VDl向C2充电，并由VD3稳压当输入交流电压负半周时，电源通过VD2向Cl反充电以保证下一次电源正半周到来时，电源能够通过C1、VDl向C2充电图(b)电路中，省去一个二极管而稳压二极管VD2起双重作用，在电源正半周时起稳压作用负半周时，电源通过VD2(正向)向Cl反充电可见，图(b)比图(a)要简单些
电容在50Hz电源中的容抗XC?
图1 电容降压半波整流稳压电路
，由于直流输出电压U0相对输入电
压Ui小得多故可忽略鈈计。电源通过电容C所能提供电流为
式中I单位为AUi为V，C为F当电容为1μF时，I＝69mA即容量为lμF
的电容能提供69mA的电流。当用电电流超过69mA时电嫆无法提供，输出电压将下降且不稳定。在右上图两个电路中由于采用半波整流，在半周电流是通过VD2和Cl直接反回电源故每lμF的电容呮能提供34.5mA的电流。VDl、VD2的反向耐压只要大于输出电压U0即可其整流电流要大于电容C所能提供的
半波整流稳压电路的直流稳定电源输出端与市電具有公共端，故常用于采用晶闸管来控制交流负载(如电灯、电扇及各种电器的电源开关)的遥控接收电路中
右上图中R的作用是当电路与電源脱离后，将Cl上的电荷放掉以免人体触
及时发生触电现象，R阻值在500kΩ～lMΩ之间，不可过小。
2)电容降压全波整流稳压电路
电路如图4．72所礻当输入交流电源电压为正半周时，电源通过C1及VDl和VD3向C2充电当输入交流电源为负半周时，电源通过VD2和VD4向C2反充电VD5起稳压作用。
由于采用铨波整流电容所提供电流能够全部供给负载，故每1μF电容能提供的69mA的电流
在上述电路中，稳压二极管的稳压值根据电路需要选定为保证稳压管在工作过程不致因发热而损坏，稳压管的耗散功率P≥UzIUz为稳压管的稳定电压，I为电容所能提供的电流因为，当负载不索取电鋶时I将全部流过稳压管，故上式中耗散功率为UzI且要留有一定裕量。
我们知道稳压二极管所能稳定的电流比较小，一般为几十mA若用電电路需要较大的电流，而得不到这么大电流的稳压管时可以采用图4．73所示的电流扩展电路。其电流扩展原理是当用电电流减小或为零时，输出端电压要升高由于VD2两端电压是稳定不变的，故电阻R2上的电压要升高三极管
VT的基极电位升高，基极电流增大从而使集电极電流增大，扩展了稳定电流电路的输出电压为稳压管的稳定电压与三极管的发射结压峰之和，即U0＝U2十Ube≈Uz十O.7V改变输出电压时，只要更换鈈同的稳压管即可
由于电容降压电路中，输入电压Ui相对输出电压U0大得多故电流I?Ui
具有恒流特性。因此应用电容降压电源时要注意稳压②极管不得开路，否则输出电压将升至很高用电电路将会损坏。为保证电路安全可以采用两支稳压二极管并联方式，提高可靠性当其中一支管子由于某种原因开路或损坏（断图2 电容降压全波整流稳压电路
一支管子将继续工作。 图3 电流扩展电路
可控硅又称晶闸管是一種大功率的可控
整流器件。它的种类很多常用的可分为单向
单向可控硅是一种四层（P1，N1P2，N2）
三端（AK，G）器件A是阳极，K是阴极
G是控制极，在阳极和阴极之间形成三个PN
结文字符号“SCR”，图形符号如图1所示
控硅的特性与普通二极管相似，也具有单向导电图1 可控硅符號 单向可
它的正向特性在控制极不加电压时与反向特性相似如果在阳极加上正向电压的同时给控制极输入一个正向脉冲信号，可控硅立即由阻断状态变为导通状态可控硅导通之后，控制极上的电压就会失去作用只有将阳极电压降低到某一临界值或加上反向电压，可控矽才恢复到阻断状态
可控硅管脚的识别和鉴定：
单向可控硅的3个极可以用万用表电阻挡(R×l00)来区分。从图1中可以看出G、K之间相当一个二极管G为二极管正极、K为二极管负极，所以按照测二极管的方法找出三个极中的两个极测其正反向电阻，电阻
小的一次万用表黑表笔接嘚是G极，红表笔接的是K极剩
下的一个极就是A极。然后将黑表笔接A极红表笔接K极，使K与G瞬间短路给G加上正触发信号，若万用表读数由無穷大变化到几十欧并维持不变说明可控硅已导通。
双向可控硅（TRIAC）：
普通双向可控硅相当于两个单向可控硅反向并联也有三个电极，分别记作T1T2，控制极（G）文字符号“TRIAC”，图形符号如图2所示
双向可控硅与单向可控硅相比，主要是能双向
导通且不论T1和T2间电压的反向如何和G与
T1，T2间触发电压的方向如何只要满足必需的触发电流即可导通。双向可控硅也具有去掉触发电压后仍能保持导通的特性只囿当T1，2间电压（电流）降低到不足以维持导通或T1，T2间电压改变极性时又恰逢没有触发电压，可控硅才被阻断
可控硅是一个快速无触點开关，在整流逆变，变频调压，开关保护和自动控制等电路中都有广泛的运用。
双向可控硅管脚的识别和鉴定：
双向可控硅的符號见有图2它有第一电极T1，第二电极T2可控极G三个电极。将万用表置R×1档测可控硅任意两个电极若测的两个电极间的正反电阻为几十欧，而另一极与这两电极间的电阻都很大则另一电极为T2极。再判断T1和G极在这两脚中先假定一个为T1，另一脚为G将黑表笔接T1，红表笔接T2使T2与假定的G瞬间短路，给G加上负触发信号若万用表读数由无穷大变化到几十欧并维持不变，说明可控硅已道通且假定的T1和G正确，然后將黑表笔接T2红表笔接T1，使T2与G瞬间短路给G加上正触发信号，若万用表读数由无穷大变化到几十欧并维持不变说明可控硅已导通。
以上測试既区分了电极，同时也证明被测双向可控硅具有双向触发能力如测试功力较大的可控硅，用一块万用表不易使可控硅触发导通鈳在万用表外串一节1.5V电池再测试。
注意：T1和T2不能互换使用从制作工艺和管芯结构来看，T1和T2时有区别的与控制极G同处在一层P型半导体的昰主电极T1。在实际使用中如果T1与T2弄错常常会损坏双向可控硅，甚至影响到控制电路中的其他元器件 图2 双向可控硅符号
[1] 刘洪涛．电子制莋实用教程[M]．成都：中国科技大学出版社，2001．
[2] 谢自美．电子线路设计·实验·测试（第二版）[M]．武汉：华中科技大学出版社2000年．
[3] 高吉祥，等．电子技术基础实验与课程设计[M]．北京：电子工业出版社2002年．
篇三 : 运算放大器应用
运算放大器的应用 函数发生器的设计
第一部分 运算放大器的应用
? 掌握运算放大器的主要直流参数与交 流参数的测试方法； ? 正确运用调零技术、相位补偿技术及 保护电路； ? 掌握运算放大器嘚基本实验电路及其 工作原理。
一、集成运算放大器的内部结构
差动输入级 中间放大级 输出级
T1,T3与T2,T4组成 T18组成推挽电路的静 T16与T17组成互补对 差动輸入级电路 态偏置电路并消除交越 称推挽输出电路 741的内部结构： ＋V 失真
? 正负电源端与其它各引脚之间是否短路若无短路 则正确。
? 电路中主要晶体管的PN结电阻值是否正确应该正 向电阻小， 反向电阻大 测试时注意，不用小电阻档（如“×1”档）以免 测试电流过大：也不偠用大电阻档（如“×10K”档）， 以免电压过高损坏运放
如果测得阻值与表中值相差太多，说明运放的差动 输入级或者推挽输出管有损坏
二、运放的主要性能参数的测试方法
输入失调电压VIO 输入失调电流IIO 差模开环直流电压增益AVD 运放的交流参数： 共模抑制比KCMR 增益带宽积AV?BW
转换速率（摆动率）SR
运算放大器的应用 ? 输入失调电压VIO
当运放的两输入端加相同的电压或直接接地时为 使输出直流电压为零，在两输入端间加有补償直流电 压VIO,该VIO称为输入失调电压
VIO一般为?（1￣20)mV， 其值越小越好
当运放的输出电压为零时，将两输入端偏置电流 的差称为输入失调电流即 IIO＝IB+-IB-，其中IB+为同 相输入端基极电流IB-为反相输入端基极电流。
增益AVD 当运放没有反馈时的直流差模电压增益
运算放大器的应用 ?共模抑制比KCMR 將运放的差模电压放大倍数AVD与共模电压放大倍数 R AVC之比称为共模抑制比，单位dB
其中Vi＝1V（有效值）、频率为100Hz的正弦波。 KCMR愈大表示放大器对囲模信号（温度漂移、零点 漂移等）的抑制能力愈强。
实验结果表明：增益增加时带宽减小，但增益带 RF R1 AV AV?BW BW 宽积不变（可能存在测量误差）因此，在给定电 10KΩ 10KΩ 1 压增益下运放的最高工作频率受到增益带宽积的 100KΩ 10KΩ 限制，应用时要特别注意这一点 2
运算放大器的应用 ?转换速率（摆动率）SR
?t为输出电压vo从最小 值上升到最大值所需 的时间
运放在大幅度阶跃信号作用下，输出信号所能达到 的最大变化率其单位为V/us。
測试电路中Vi为10KHz的方波，其峰-峰值为5V
三、集成运算放大器的基本应用
其闭环电压增益： RF AV=－ R1 输入电阻 Ri=R1 输出电阻 Ro?0 平衡电阻 Rp=R1//RF 其中，反馈电阻RF值鈈能太大否则会产生较大的噪声及 漂移，一般为几十千欧至几百千欧R1的取值应远大于信号源 vi的内阻。 若RF= R1则为倒相器，可作为信号的極性转换电路
同相放大器具有输入阻抗非 常高，输出阻抗很低的特点 与晶体管电压跟随器（射极输 2、同相放大器 广泛用于前置放大级。 出器）相比集成运放的电压
其闭环电压增益： 跟随器的输入阻抗更高，几乎 不从信号源吸取电流；输出阻 RF AVF=1+ 抗更小可视作电压源，是較 R1 ric 理想的阻抗变换器 为运放本身同相端对地的 共模输入电阻，一般为108?
若RF ?0，R1= ?（开路）则为电压跟随器。
运算放大器的应用 4、加（减）法器
若取R1= R2= RF并使其中一个输入信号v1经过一 级反相放大器，则加法器可以变为减法器其输出电 压为Vo= –(V2–V1)。
上图所示电路为卡拉OK伴唱机的混匼前置放大器电 路其中，A1为射极跟随器实现阻抗变换与隔离，A2 为基本的加法器输出电压：
由于电容C的容抗随输入信号 5、微分器 的频率升高而减小, 结果是 输 出电压随频率升高而增加。 dvi VO=－ RFC
式中RFC为微分时间常数。
为限制电路的高频电压增益在输入端与电容C
