最全最详细的运放原理应用电路

关于最全最详细的运放原理应用电路第1页，课件共44页，创作于2023年2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2页，课件共44页，创作于2023年2月

非线性应用电路-+AvovIVREF组成特点：运放开环工作。

由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3页，课件共44页，创作于2023年2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，电路输出只与外部反馈网络参数有关，而不涉及运放内部电路。第4页，课件共44页，创作于2023年2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5页，课件共44页，创作于2023年2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6页，课件共44页，创作于2023年2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。

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7页，课件共44页，创作于2023年2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8页，课件共44页，创作于2023年2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9页，课件共44页，创作于2023年2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10页，课件共44页，创作于2023年2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11页，课件共44页，创作于2023年2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12页，课件共44页，创作于2023年2月

改进型对数变换器-+A1+-vsvo+-A2VCC+-RLR3R4tovB2R2R5T1T2R1iC2iC1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13页，课件共44页，创作于2023年2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14页，课件共44页，创作于2023年2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）第15页，课件共44页，创作于2023年2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16页，课件共44页，创作于2023年2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+-D1D2vI=0时vO

=0D1、D2vO=0vI>0时vO

<0D1、D2vO=0vI<0时vO

>0D1、D2vO=-(R2/R1)vI工作原理：vOvI-R2/R1传输特性vItvOtvIR2R1-输入正弦波输出半波第17页，课件共44页，创作于2023年2月

精密转折点电路

当v->0，即vI>-(R3/R1)VR时：

当v-<0，即vI<-(R3/R1)VR时：vo-+AVRR1voR2RL+-D1D2R3vI由图

vO

>0D1、D2传输特性vOvI-R2/R3VRR3R1-vO

<0D1、D2

vO=0则则第18页，课件共44页，创作于2023年2月

精密转折点电路实现非线性的函数R/R1vo1-+A1VR1Rr1RD1D2R1vIvo2-+A2VR2Rr2RD3D4R2RR-+A3VR3Rr3RD5D6R3Rvo3-+A4vORR/R2R/R3vOvIvI1vI2vI3传输特性第19页，课件共44页，创作于2023年2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20页，课件共44页，创作于2023年2月

有源反馈仪器放大器可证明vI1+-A3R1-+A1RGvOIO+-A2R2R3VCCR5R6iGvI2RSVEEiSIOR4T1T2T3T4T1、T2差放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21页，课件共44页，创作于2023年2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RTR路桥不平衡vo

产生变化。仪器放大器RGRTRRRtoVREFvo第22页，课件共44页，创作于2023年2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23页，课件共44页，创作于2023年2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24页，课件共44页，创作于2023年2月

负阻变换器YXZCC2iX1R2YXCC1ZviiIiZ2R1iZ1RL第25页，课件共44页，创作于2023年2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(80~140dB)，Rid高(M)，Rod低(<200)vidRidvO+-v+v-Avdvid+-Rod+-RicRicIIBIIBIIO2IIO2+-VIO+-AvdvicKCMR集成运放电路模型

差模特性KCMR高(80~120dB)，Ric高(>100M)

共模特性

输入直流误差特性IIB(10~100A)，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26页，课件共44页，创作于2023年2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-Avdvid-

+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27页，课件共44页，创作于2023年2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-AvdvidRod+-R1RfvsRLv+RicRid+-AvdvicKCMR第28页，课件共44页，创作于2023年2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29页，课件共44页，创作于2023年2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30页，课件共44页，创作于2023年2月6.2.3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=AvdI·BW

。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=Avf·BWf第31页，课件共44页，创作于2023年2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（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32页，课件共44页，创作于2023年2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（负饱和值）

v+

=v-

时，逻辑状态转换

因此第33页，课件共44页，创作于2023年2月

理想比较特性-+AvovIVREFvIvoVREFVomaxVomin0vI<VREF时，vo=VomaxvI>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-Vomax/Avd时，vo=VomaxvI>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34页，课件共44页，创作于2023年2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-+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35页，课件共44页，创作于2023年2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=VOL即v+>v-若则vO=VOH比较特性vIvoVOHVOLVREFR2R1-第36页，课件共44页，创作于2023年2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37页，课件共44页，创作于2023年2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38页，课件共44页，创作于2023年2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交换，即得同相输入迟滞比较器。第39页，课件共44页，创