模拟电子技术基础报告

1、 上 海 大 学 模拟电子技术课外项目 运算放大器学号: XXXXXXX姓名: XX教师: 徐昱琳日期: 2014.12.3运算放大器【摘要】：运算放大器（简称“运放”）是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。由于早期应用于模拟计算机中，用以实现数学运算，故得名“运算放大器”。作为电子电路中的基本电路单元，我们应当有所了解，于是通过查阅相关书籍、资料，上网查阅等方式，初步了解了运算放大器。知道了运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。随着半导体技术的发展，大部分的运放是以单芯片的形式存在。运放的种类繁多，

2、广泛应用于电子行业当中。【关键词】：运算放大器，理想运算放大器【正文】：运算放大器特点：(1)理想运算放大器的模型运算放大器的符号，如下图所示：理想运算放大器的参数为：(1)差模信号的开环电压增益为无穷大，即Av=；(2)差动输入电阻为无穷大，即 Rid=；(3)输出电阻为零，即 Rout=0；(4)开环频带宽度为无穷大，即 BW =；(5)当输入同相端(“+”)与反相端(“”)的电压相等时，输出电压Vout =0（针对双电源供电）。上述条件下，运算放大器的两输入端之间为零端口化，即所谓“虚短虚断”状态，它的电压和电流同时为零，其特性可表示为V1=V2，I1=I2。(2)非理想运算放大器的模型

3、实际的运算放大器只能十分接近上述的理想放大器，或者说在理想运算放大器中增加一系列的模型参数，使其更接近实际情况。下图是非理想运算放大器的一种模型：Rid、Cid 表示差动输入电阻、差动输入电容；Rout表示输出电阻；Ricm 、Cicm表示共模输入电阻、共模输入电容；Vos表示输入失调电压；Ios表示输入失调电流，它是在运放用两个相同的电流源驱动时，使输出电压为0的电流值，所以Ios可定义为两个输入偏置电流IB1和IB2之差；CMRR 是共模抑制比；V1/CMRR表示受控电压源；运放的等效噪声电压和等效噪声电流，它们以均方电压和均方电流表示，并认为它们是相互独立的。运算放大器的主要参数：（1）

4、共模输入电阻(RINCM)：该参数表示运算放大器工作在线性区时，输入共模电压范围与该范围内偏置电流的变化量之比。（2）直流共模抑制(CMRDC)：该参数用于衡量运算放大器对作用在两个输入端的相同直流信号的抑制能力。（3）交流共模抑制(CMRAC)：CMRAC用于衡量运算放大器对作用在两个输入端的相同交流信号的抑制能力，是差模开环增益除以共模开环增益的函数。（4）增益带宽积(GBW)：增益带宽积是一个常量，定义在开环增益随频率变化的特性曲线中以-20dB/十倍频程滚降的区域。（5）输入偏置电流(IB)：该参数指运算放大器工作在线性区时流入输入端的平均电流。（6）输入偏置电流温漂(TCIB)：该参

5、数代表输入偏置电流在温度变化时产生的变化量。（7）输入失调电流(IOS)：该参数是指流入两个输入端的电流之差。（8）输入失调电流温漂(TCIOS)：该参数代表输入失调电流在温度变化时产生的变化量。（9）差模输入电阻(RIN)：该参数表示输入电压的变化量与相应的输入电流变化量之比，电压的变化导致电流的变化。在一个输入端测量时，另一输入端接固定的共模电压。（10）输出阻抗(ZO)：该参数是指运算放大器工作在线性区时，输出端的内部等效小信号阻抗。（11）输出电压摆幅(VO)：该参数是指输出信号不发生箝位的条件下能够达到的最大电压摆幅的峰峰值，VO一般定义在特定的负载电阻和电源电压下。（12）功耗(p

6、d)：表示器件在给定电源电压下所消耗的静态功率，Pd通常定义在空载情况下。（13）电源抑制比(PSRR)：该参数用来衡量在电源电压变化时运算放大器保持其输出不变的能力，PSRR通常用电源电压变化时所导致的输入失调电压的变化量表示。（14）转换速率/压摆率(SR)：该参数是指输出电压的变化量与发生这个变化所需时间之比的最大值。SR通常以V/&micro；s为单位表示，有时也分别表示成正向变化和负向变化。（15）电源电流(ICC、IDD)：该参数是在指定电源电压下器件消耗的静态电流，这些参数通常定义在空载情况下。（16）单位增益带宽(BW)：该参数指开环增益大于1时运算放大器的最大工作频率

7、。（17）输入失调电压(VOS)：该参数表示使输出电压为零时需要在输入端作用的电压差。（18）输入失调电压温漂(TCVOS)：该参数指温度变化引起的输入失调电压的变化，通常以µV/°C为单位表示。（19）输入电容(CIN)：CIN表示运算放大器工作在线性区时任何一个输入端的等效电容(另一输入端接地)。（20）输入电压范围(VIN)：该参数指运算放大器正常工作(可获得预期结果)时，所允许的输入电压的范围，VIN通常定义在指定的电源电压下。（21）输入电压噪声密度(eN)：对于运算放大器，输入电压噪声可以看作是连接到任意一个输入端的串联噪声电压源，eN通常以 nV /

8、 根号Hz 为单位表示，定义在指定频率。（22）输入电流噪声密度(iN)：对于运算放大器，输入电流噪声可以看作是两个噪声电流源，连接到每个输入端和公共端，通常以 pA / 根号Hz 为单位表示，定义在指定频率。理想运算放大器参数：差模放大倍数、差模输入电阻、共模抑制比、上限频率均无穷大；输入失调电压及其温漂、输入失调电流及其温漂，以及噪声均为零。运算放大器应用电路：一、 数学应用利用运算放大器的负反馈特性，变换不同的反馈元件和输入元件，则可实现各种数学运算的功能。（1）反相放大器当运放接成如图所示电路时，运算放大器电路的输出表达式为：若取 Z1=Zf=R，则Vouts=Vs，输出信号与输入信号

9、仅改变一个符号；若取Z1 =R，Zf=KR，则Vouts= KVs，输出信号与输入信号成反比例。 (2) 同相放大器当运放接成如图所示电路时，运算放大器电路的输出表达式为：若取 Z1=Zf=R，则Vouts=Vs，输出信号与输入信号相等；若取Z1 =R，Zf=KR，则Vouts= KVs，输出信号与输入信号成正比例。 （3）加法器如下图所示的运算放大器负输入端外接阻抗有多个，可以求出运算放大器的输出表达式为：若取Z1=Z2=Zn=Zf=R，则Vout=（Vs1+Vs2+Vsn），输出信号是输入信号代数和取反，因为接的是反相放大电路，其每路的增益为负值，若接成正相放大电路形式，则得到的输出信号就

10、为正值。（4）减法器如下图所示的运算放大器正负输入端都加有信号，可以求出运算放大器的输出表达式为：若取Z1=Z1，Zf=Zf则Vout=Zf/Z1（Vs2-Vs1），实现了输出信号与两输入信号成正比。 （5）乘/除发器将运算放大器接成如下图所示电路，将场效应管等效为电阻，根据运算放大器的基本虚短虚断特性，可以求出输出电压的表达式为：实现了输出电压正比于输入电压乘、除运算的结果。 （6）通过在运算放大器外围加入电容、三极管、电阻，可实现积分、微分、对数、指数等基本的数学运算。二、 信号发生器 利用运算放大器的正反馈特性可以方便地产生各种类型的可控信号，如正弦波、方波、三角波、锯齿波等信号。 （1

11、）正弦波发生器如下图所示，正弦波发生器的一种，就是一个同相输入负反馈放大器，如果取 C3=C4=C、R3=R4=R，并且调节其它电阻的大小，能使电路起振，输出电压的频率为1/2RC，幅度由两个二极管来稳定。（2）方波-三角波发生器如下图所示，用一个运算放大的方波-三角波发生器的最简单电路，在这里，运放做比较器用，而R、C实现积分功能，在放大器的输出端和负输出端分别产生方波和三角波。（3）还可以通过连接不同的外围电路组成锯齿波-脉冲发生器、阶梯波发生器、单稳态触发器、调制信号发生器等。 三、信号处理电路用运算放大器可方便地构成各种信号处理电路，而且电路性能普遍有所改善，通过运算放大器还可以构成比

12、较器、箝位放大器、电桥放大器、线性整流器、峰值检波器及有源滤波器等。四、专门测量电路运算放大器还可以用于晶体管参数测量、配对晶体管的测量、产品按某个参数的大小自动分类，还能用运算放大器把毫安表改成微安表电路。实际运算放大器存在的问题及发展方向一、（1）直流的非理想问题：有限的开回路增益；实际的运算放大器开回路增益为有限的而不是无限的；有限的输入阻抗；大于零的输出阻抗；大于零的输入偏压电流；大于零的共模增益。（2）交流的非理想问题： 有限的带宽：讯号频率高到一定程度时，也不能忽略频率愈高，增益愈低的情形；信号饱和、延迟率、非线性转换函数；输出功率的限制、输出电流的限制。二、运算放大器发展的几个主

13、要方向(1)低压运算放大器，主要在低电压状况下保证工作特性。(2)双极性运算放大器，主要在于改进电路的输入特性。(3)Bi-JEFT，主要在于改进其输入电路噪声。(4)混合运算放大器，主要在高速和大电流缓冲中应用。(5)单片功率运算放大器，散热问题使其发展的主要障碍。(6)仪器用的高精度运算放大器，它在输入失调电压和电流方面要求很严格。(7)介质隔离运算放大器，在抗辐射方面的到了很好的应用。(8)随着集成运算放大器技术的发展，MOS运放集成度高，噪声小，而且可以在低电源电压下工作，所占面积只是同等双极型运放的20%或者更小，随着器件的特征尺寸不断缩小，低功耗、高精度的MOS运放将会得到更大的发展。【结论】：经过了解，理想的运算放大器并不存在，实际的运算放大器在电子电路中运用的十分广泛，而且在具体不同的电路中有着不同的问题，这都是设计电路中需要注意的。随着电子技术和集成电路的高速发展，对放大器提出了更高的要求，同时也会使运算放大器的用途得到更大的发挥。【参考文献】：（1） 康光华电子技术基础模拟部分高等教育出版社2006年1月（2） 邱关源电路高等教育出版社1999年6月（3） 黄争运算放大器应用手册，基础知识篇电子工业出