最全最详细运放原理应用电路

1、关于最全最详细的运放原理应用电路第一张，PPT共四十四页，创作于2022年6月6.1 集成运放应用电路的组成原理 根据集成运放自身所处的工作状态，运放应用电路分：线性应用电路和非线性应用电路两大类。 线性应用电路 -+AZ1Zfvovs1vs2iZ1或Zf采用非线性器件（如三极管），则可构成对数、反对数、乘法、除法等运算电路。Z1或Zf采用线性器件(R、C)，则可构成加、减、积分、微分等运算电路。组成：集成运放外加深度负反馈。 因负反馈作用，使运放小信号工作，故运放处于线性状态。 第二张，PPT共四十四页，创作于2022年6月 非线性应用电路 -+AvovIVREF组成特点：运放开环工作。 由

2、于开环工作时运放增益很大，因此较小的输入电压，即可使运放输出进入非线区工作。例如电压比较器。6.1.1 集成运放理想化条件下两条重要法则 理想运放 失调和漂移0 推论因则因则第三张，PPT共四十四页，创作于2022年6月说明：相当于运放两输入端“虚短路”。 虚短路不能理解为两输入端短接，只是(v-v+)的值小到了可以忽略不计的程度。实际上，运放正是利用这个极其微小的差值进行电压放大的。 同样，虚断路不能理解为输入端开路，只是输入电流小到了可以忽略不计的程度。相当于运放两输入端“虚断路”。 实际运放低频工作时特性接近理想化，因此可利用“虚短、虚断”运算法则分析运放应用电路。此时，电路输出只与外部

3、反馈网络参数有关，而不涉及运放内部电路。第四张，PPT共四十四页，创作于2022年6月 集成运放基本应用电路 反相放大器 -+AR1Rf+-vsvoifi1类型：电压并联负反馈 因则反相输入端“虚地”。因则由图输出电压表达式：输入电阻输出电阻因因深度电压负反馈 ，第五张，PPT共四十四页，创作于2022年6月 同相放大器 -+AR1Rf+-vsvoifi1类型：电压串联负反馈 因则注：同相放大器不存在“虚地”。因由图输出电压表达式：输入电阻输出电阻因深度电压负反馈 ，因则第六张，PPT共四十四页，创作于2022年6月 同相跟随器 -+A+-vsvo由图得因由于所以，同相跟随器性能优于射随器。

4、归纳与推广 当R1 、Rf为线性电抗元件时，在复频域内：反相放大器同相放大器拉氏反变换 得注：拉氏反变换时 第七张，PPT共四十四页，创作于2022年6月 加、减运算电路 反相加法器 6.1.2 运算电路-+AR2Rf+-vs2voifi2R1i1+-vs1因则因则即整理得说明：线性电路除可以采用“虚短、虚断”概念外，还可采 用叠加原理进行分析。 令vs2=0则令vs1=0则例如第八张，PPT共四十四页，创作于2022年6月 同相加法器 -+AR2Rf+-vs1voR1+-vs2R3利用叠加原理：则 减法器 Rf-+AR3vs1voR2vs2R1令vs2=0，则令vs1=0，第九张，PPT共四

5、十四页，创作于2022年6月 积分和微分电路 有源积分器 -+ARC+-vsvo方法一：利用运算法则则方法二：利用拉氏变换拉氏反变换得第十张，PPT共四十四页，创作于2022年6月 有源微分器 利用拉氏变换：拉氏反变换得-+ARC+-vsvo 波形变换 tvs0输入方波积分输出三角波vot0微分输出尖脉冲tvo0第十一张，PPT共四十四页，创作于2022年6月 对数、反对数变换器 对数变换器 -+AR+-vsvo利用运算法得：由于整理得缺点：vo受温度影响大、动态范围小。vs必须大于0。第十二张，PPT共四十四页，创作于2022年6月 改进型对数变换器 -+A1+-vsvo+-A2VCC+-R

6、LR3R4tovB2R2R5T1T2R1iC2iC1由图由于（很小）则（T1、T2特性相同）利用R4补偿VT ，改善温度特性。vS大范围变化时， vO 变化很小。第十三张，PPT共四十四页，创作于2022年6月 反对数变换器 利用运算法则得由于整理得缺点：vo受温度影响大。vs必须小于0。-+AR+-vsvoT第十四张，PPT共四十四页，创作于2022年6月 乘、除法器 vo1-+A1vXRXiXR1iXT1vo2-+A2vYRYiYR2iYT2-+A4T4iOvOR4iO-+A3R3vo3T3vZRZiZiZ因T1、T2、T3、T4 构成跨导线性环，则分析方法一：由图整理得（实现乘、除运算）

7、第十五张，PPT共四十四页，创作于2022年6月vo1-+A1vXRXiXR1iXT1vo2-+A2vYRYiYR2iYT2-+A4T4iOvOR4iO-+A3R3vo3T3vZRZiZiZ分析方法二：A1、A2、A3对数放大器A4反对数放大器第十六张，PPT共四十四页，创作于2022年6月6.1.3 精密整流电路 精密半波整流电路 利用集成运放高差模增益与二极管单向导电特性，构成对微小幅值电压进行整流的电路。vo-+AvIR1voR2RL+-D1D2 vI =0时 vO =0 D1、D2 vO=0 vI 0时 vO 0 D1、D2 vO=0 vI 0 D1、D2 vO= -(R2 / R1)

8、vI工作原理：vOvI-R2 / R1传输特性vItvOtvIR2R1-输入正弦波输出半波第十七张，PPT共四十四页，创作于2022年6月 精密转折点电路 当v- 0，即 vI -(R3 / R1)VR 时： 当v- 0，即 vI 0 D1、D2 传输特性vOvI-R2 / R3VRR3R1-vO 0 D1、D2 vO=0 则则第十八张，PPT共四十四页，创作于2022年6月 精密转折点电路实现非线性的函数 R/R1vo1-+A1VR1Rr1RD1D2R1vIvo2-+A2VR2Rr2RD3D4R2RR-+A3VR3Rr3RD5D6R3Rvo3-+A4vORR/R2R/R3vOvIvI1vI2

9、vI3传输特性第十九张，PPT共四十四页，创作于2022年6月6.1.3 仪器放大器 仪器放大器是用来放大微弱差值信号的高精度放大器。 特点：KCMR很高、 Ri 很大， Av 在很大范围内可调。 三运放仪器放大器 由得由得由减法器A3得：若R1 = R2 、 R3 = R5 、 R4 = R6 整理得vI1+ -A1R1-+A2RGvo1vOvI2-+A3R2R3R4R5R6iGvo2第二十张，PPT共四十四页，创作于2022年6月 有源反馈仪器放大器 可证明vI1+ -A3R1-+A1RGvOIO+ -A2R2R3VCCR5R6iGvI2RSVEEiSIOR4T1T2T3T4T1、T2差放

10、T3、T4差放A3跟随器A2跟随器A1放大器 采用严格配对的低噪声对管和精密电阻，可构成低噪声、高精度、增益可调的仪器放大器。第二十一张，PPT共四十四页，创作于2022年6月 仪器放大器的应用 仪器放大器单片集成产品：LH0036、LH0038、AMP-03、AD365、AD524等。例：仪器放大器构成的桥路放大器温度为规定值时 RT =R 路桥平衡 vo =0 。温度变化时 RT R 路桥不平衡 vo 产生变化。仪器放大器RGRTRRRt oVREFvo第二十二张，PPT共四十四页，创作于2022年6月6.1.5 电流传输器 电流传输器：通用集成器件，广泛用于模拟信号处理电路中。 电流传输

11、器电路符号及特点YXZCCvXvYvZiY=0iXiZY输入端： iY= 0，即 RY ；X输入端： vX = vY ，且vX与 iX 大小无关，RX0 ；Z输出端： iZ = iX ，且 iZ 与 vZ大小无关；第二十三张，PPT共四十四页，创作于2022年6月 电流传输器构成的模拟信号处理电路 YXZCCviRLiXiOR+- 互导放大器 互阻放大器 电流放大器 YXZCCisRLiXiOR2R1YXZCC1iiRvoiZ1RLYXCC2Z+-第二十四张，PPT共四十四页，创作于2022年6月 负阻变换器 YXZCC2iX1R2YXCC1ZviiIiZ2R1iZ1RL第二十五张，PPT共四

12、十四页，创作于2022年6月6.2 集成运放性能参数及对应用电路影响 6.2.1 集成运放性能参数Avd高(80140dB)， Rid高(M)， Rod低 (100M) 共模特性 输入直流误差特性IIB(10100A)， VIO (mV)， IIO(为IIB的5% 10%) 大信号动态特性转换速率SR， 全功率带宽BWP第二十六张，PPT共四十四页，创作于2022年6月6.2.2 直流和低频参数对性能的影响 Avd、Rid、Rod为有限值的影响 运放应用场合不同，各项性能参数影响也不同。因此工程估算时，可针对不同场合，有选择地分析运算误差。-+AR1Rf+-vsvoRLvidRidvO+-v-

13、Avd vid- +Rod+-R1Rfvs+-RL可证明其中Avd对精度影响最大。Avd越大，运算误差越小。第二十七张，PPT共四十四页，创作于2022年6月 KCMR、Ric为有限值的影响-+AR1Rf+-vsvoRL可证明其中Avd、KCMR越大，同相放大器运算精度越高。 由于同相放大器输入端引入了共模信号，因此必须考虑KCMR的影响。 RicvO+-v-Avd vidRod+-R1RfvsRLv+RicRid+-Avd vicKCMR第二十八张，PPT共四十四页，创作于2022年6月 输入偏置电流IIB对性能的影响 -+AR1Rf+-vsvoR+= R1/ Rf则IIB在外电路反相端产生

14、的直流电压: 则IIB在外电路同相端产生的直流电压: 设R-、R+ 分别为外电路在反相端和同相端等效的直流电阻。 输入偏置电流若则输出无失调 例：注：平衡电阻R+的接入对性能指标计算没有影响，但运算精度得到明显改善。 因此，为减小IIB对运算精度的影响，要求外接在集成运放两输入端的直流电阻相等。第二十九张，PPT共四十四页，创作于2022年6月 失调电流IIO与失调电压VIO的影响 vO+-R1RfRLIIBIIBIIO2IIO2+ -VIOR+可证明为减小失调的影响：在R+较小时，应选择VIO小的运放；在R+较大时，应选择 IIO小的运放。第三十张，PPT共四十四页，创作于2022年6月6.

15、2.3 高频参数对性能的影响 小信号频率参数 开环带宽BW 内补偿的集成运放可近似看成是单极点系统，该运放的上限截止频率即开环带宽BW（或称3dB带宽）。 单位增益带宽BWG 指增益下降到1（0dB）时对应的频率。小信号工作时，其值为常数，且BWG = AvdIBW 。当运放闭环工作时，BWG等于反馈电路的增益带宽积。反馈越深，Avf 越小，闭环带宽BWf 越宽。即 BWG = AvfBWf第三十一张，PPT共四十四页，创作于2022年6月 大信号动态参数 指集成运放输出电压随时间最大可能的变化速率。其值越大，运放高频性能越好。影响SR主要原因：运放内部存在寄生电容和相位补偿电容。 转换速率（

16、又称压摆率） 指集成运放输出最大不失真峰值电压时，允许的最高工作频率。 全功率带宽 当SR一定时，最大不失真输出电压与工作频率成反比。工作频率越高，不失真输出的Vom就越小。第三十二张，PPT共四十四页，创作于2022年6月6.4 集成电压比较器 电压比较器的作用比较两输入信号大小，并以输出高、低电平来指示。 电压比较器的特点输入模拟量，输出数字量。实现模拟量与数字量间的转换。6.4.1 电压比较器的作用 电压比较器工作原理 只要开环Avd很大，则v+、v-间的微小差值，即可使运放输出工作在饱和状态。 由可知v+ v- 时， vo=Vomax（正饱和值） v+ v- 时， vo=Vomin （

17、负饱和值） v+ = v- 时，逻辑状态转换 因此第三十三张，PPT共四十四页，创作于2022年6月 理想比较特性-+AvovIVREFvIvoVREFVomaxVomin0vI VREF 时， vo=VominvI = VREF 时，逻辑状态转换 理想特性vIvoVREFVomaxVomin0 实际比较特性实际特性vI VREF -Vomin /Avd 时， vo=Vomin注：Avd 越大，比较特性越接近理想特性， VREF作为 门限值的比较精度越高。第三十四张，PPT共四十四页，创作于2022年6月6.4.1 具有不同比较特性的电压比较器 单限电压比较器 特点：运放开环工作。 过零比较器

18、 -+AvovI+-R1D1D2RR（VREF =0） R1限流电阻，与D1、D2共同构成电平变换电路。VOH = VZ + VD(on) VOL= -( VZ + VD(on) ) vIvoVOHVOL0比较特性tvO0tvI0第三十五张，PPT共四十四页，创作于2022年6月 单限比较器 -+AvovI+-R3D1D2R1/R2VREFR1R2i1i2分析方法：1）令v-= v+求出的输入电压vI 即门限电平。2）分别分析vI大于门限、小于门限时的输出vO电平。令得门限电平即v+ v-若则vO = VOH比较特性vIvoVOHVOLVREFR2R1-第三十六张，PPT共四十四页，创作于20

19、22年6月 单限比较器优点： 电路结构简单，可不计有限KCMR的影响。 单限比较器缺点： 电路抗干扰能力差。 例如：过零比较器，当门限电平附近出现干扰信号时，输出会出现误操作。 tvO0vIt0第三十七张，PPT共四十四页，创作于2022年6月 迟滞比较器（施密特触发器） -+AvovI+-R3D1D2RVREFR1R2特点正反馈电路。具有双门限。令得门限电平： 反相输入迟滞比较器 迟滞宽度： vIvoVOH0比较特性VOLVILVIH第三十八张，PPT共四十四页，创作于2022年6月-+AvovI+-R3D1D2RVREFR1R2令得门限电平： 同相输入迟滞比较器 迟滞宽度： vIvoVOH0比较特性VOLVILVIH 将反相迟滞比较器中的vI与VREF交