运算放大器(AD549)应用中文技术资料

极低偏置电流运算放大器AD549

1 概述

AD549是具有极低输入偏置电流的单片电路静电计型运算放大器。为达到高精度的目的，输入偏置电压和输入偏置电压漂移均通过激光调节。这种极低输入电流性能由ADI公司专有的topgate工艺技术完成。该技术可以制造与具有极低输入电流的JFET并与双极性电路隔离的集成运放。输入级具有1015Ω的共模阻抗，其输入电流与共模电压无关。

AD549适用于低输入电流和低输入偏置电压的场合。它特别适合用作各种电流输出的传感器，如光电二极管、光电倍增管以及氧气传感器等的前置放大器。该产品也可用作精密积分器或低衰减采样保持器。AD549的封装与标准FET和静电计运算放大器兼容，因此用户花少量成本即可对系统升级，提高已有系统的性能。

AD549有TO-99密封封装。金属外壳与8管脚相连，使得金属外壳与同样电压的输入终端独立连接，达到降低外壳泄漏的目的。

AD549具有四种性能等级。其中J、K和L型号的温度范围是0℃到70℃。S型号专用于军事，其温度范围：-55℃到125℃。

AD549的输入电流在整个共模输入电压范围内都得到保证，其输入失调电压和漂移由激光分别调节到0.25mV和5μV/℃(AD549K)；1mV和20μV/℃(AD549J)。700μA的最大静态电流使输入电流和偏置电压的热效应降到最低。模拟性能包括1MHz的均匀增益带宽和3V/μs的压摆率。当输入为10V时，建立时间是5μs 到0.01%。

2 AD549的引脚及特性参数

图一所示是AD549的引脚图，表一所示是其特性参数。

图一AD549引脚图

表一AD549的主要特性

nV/ nV/ nV/ nV/

3 AD549的工作原理

3.1 最小化输入电流

AD549具有很小的输入电流和失调电压。在实际应用中应谨慎考虑如何使用放大器可以减小输入电流。

为减小输入电流，该放大器的工作温度应尽可能低。像其他JFET输入放大器一样，AD549的输入电流对芯片温度很敏感，上升斜率因子为每10℃的2.3。图二所示为AS549不同环境温度时的输入电流。

图二环境温度对输入偏置电流的影响

芯片电源损耗使工作温度上升，从而导致输入偏置电流上升。由于AD549具有极低的静态供应电流，当放大器工作在15V时，芯片温度不会比环境温度高出3℃。这种情况下输入电流的差异可以忽略。但大输出负载可引起芯片温度和输入电流的显著增加，因此建议最小负载阻抗不小于10Ω。

3.2 电路板设计注意事项

很多原因会产生伪电流，从而降低电流测量的精度。

在放大器信号和电源线之间应有大于1015Ω的绝缘阻抗，以获得低输入电流。然而标准的PCB材料不具备如此高的绝缘阻抗，因此输入线应与具有足够大电阻系数的绝缘材料相连。为保持其电阻系数，绝缘体的表面应保持干净。

选择绝缘材料时，除了大容量和高表面电阻系数，还要考虑其他性能。由于表面水膜层

会大大减小绝缘性，防止吸水也很重要。同样需要考虑的因素还有压电效应（机械压力产生电子激发）和静电效应（摩擦产生电子）。由于这些机理产生的电子不平衡将表现为寄生泄漏电流。

用通过输入电压偏压的金属导体包围输入线有两个好处：一是由于金属导体和输入线之间的电压很小，因此信号线的寄生漏电减小。二是输入点的分布电容减小。输入电容可显著地降低信号带宽和电流/电压转换器的稳定性。使8管脚封装处于AD549输入电压附近，从而减小封装泄漏和输入共模电容。图三、图四为反向放大器和同相放大器的保护电路图。

其他保护措施还包括：使电线布局紧凑，减小输入线的长度。所有精密的高阻抗电路都需要屏蔽干扰噪声。使用低噪声共轴和三轴电缆以尽量隔离输入信号线。 3.3 失调电压的补偿

AD549的输入失调电压可通过平衡管脚

1和5来调整，见图五。用这种方式补偿输入失调电压将引入一个附加的输入失调电压漂移，大小为每毫伏 2.4μ

V /℃。AD549K 、AD549L 和AD549J 的最大附加漂移分别是0.6μV /℃、1.2μV /℃和2.4μV /℃。

图六所示方法可用于放大器用作反向器的场合。这种方法在放大器负输入终端和电源间引入一个参考电压。放大器的输入失调电压漂移不受影响。但电源电压的波动将引起失调电压漂移。

3.4 高内阻信号源和高反馈阻抗的交流响应

电源和反馈阻抗大于100k Ω时，输入电容的影响放大了电路的交流特性。由于电路带宽和稳定性互相影响，应考虑共模和差分输入电容产生的影响。 在随后级，电源阻抗和单极输入共模电容把带宽限制在?πR S C S 。把器件的金属外壳和管脚8与输出相连可减小电容的影响。AD549共模输入电容的典型值是0.8pF 。 在反相放大器的结构中，差分输入电容形成环路传递函数的一极，并导致响应的过冲和不稳定。可用一个反馈电容稳定电路。AD549差模输入电容的典型值是1pF 。 3.5 共模输入电压过载

额定共模输入电压范围是小于正电源电压3V 到大于负电源电压5V 。超过这个范围将降低放大器的共模抑制比。共模电压高于正电源电压将导致放大器输出级饱和。当输入恢复到正常值范围内后，典型的恢复时间为2μs 。输入共模电压在负电源电压1V 内将导致输出信

图三 反向放大器的保护电路图 图四 同向放大器的保护电路图

图五 标准失调电压补偿电路 图六 用作反向器时的失调电压补偿电路

号相位翻转。这种情况下，在输入电压回到正常值范围后0.5μs 内运放恢复正常工作。 3.6 差模输入电压过载

图七所示为不同差模输入电压下AD549的的输入电流。差模电压在1V 到1.5V 内时，两端输入电流在几百fA 内。超出此范围，输入电流在30μA 内。

3.7 输入保护

AD549可以轻易处理供给电压范围内的任何输入电压。在没有保护的情况下，输入端电压超过电源供给电压会损坏器件，造成输入电流漂移或偏置电压漂移。

图八所示是放大器用作反相器时的保护电路图。R P 将瞬时过电压产生的电流限制在1mA 以内（持续时间小于1秒），或连续电流小于100μA 。由于R P 处在反馈电路中，并且远小于放大器输入阻抗值，因此不会影响反相器的直流增益。但电阻器的热噪声增加了放大器的输入噪声。

在AD549用作跟随器的保护电路中（图九），正输入端的和电容引入?πRC 的极点。同样，R P 的热噪声增大了放大器的输入电压噪声。

如图十所示为AD549用作反相器并具有输入钳位电压的电路图。钳位二极管与反相输入端相连，减小超过钳位的电压值。由于二极管电流低，还可减小漏电流。应使用低渗漏二极管如FD333并防止照射以防止光电流产生。即使采取这些措施，二极管的输入电流和电容仍会有所增加。

图七 不同差模输入电压下的输入电流

图八

有输入电流限制的反相放大器

图九 有输入电流限制的跟随器 图十 具有输入钳位的反相放大器

4 应用电路

4.1 漏电流的采样和测量

有很多方法，如电流积分和直接将电流转换为电压，可测量微弱的漏电流。无论哪种方法，为准确测量都应考虑电路板和连线的整洁、绝缘材料的选择、保护技术和布线排版。 图十一是采样和差动电路。电路包括两个AD549静电计放大器用作电流电压转换器，和

高阻值（1010

Ω）的传感电阻（RSa 和RSb ）。R1和R2提高了电路的总灵敏度，其值为10fA/mV （满量程10pA ）。C C 和C F 用作抑制噪声和闭环补偿。C C 应是一个低渗漏的聚苯乙烯电容。测量时使用极低渗漏的Kel-F 测试插座连接器件。使用硬性Teflon 共轴电缆达到高阻抗的目的，还可以避免机械振动引起的误差，为外部导体起防护作用。整个电路用接地金属外壳屏蔽。

校准时待测器件不应接入。上电后，需要5分钟的稳定时间。首先测量V ERR1和V ERR2。这是电流电压转换器的偏置电压和漏电流产生的误差电压。

V ERR1=10(V OS A-I B A ×RSa) V ERR2=10(V OS B-I B B ×RSb)

将这些误差从测量状态下的读数中减去。在测量时，放大器B 除提供电流电压转换外，还形成反馈闭环。仪器的偏置误差呈现共模信号，不影响测量结果。因此，测量到的只有仪器的漏电流。

V A -V ERR1=10[RSa ×I B (+)] V X -V ERR2=10[RSa ×I B (-)]

尽管一系列的测量仅需要一次校准，为补偿电流电压转换器的温度漂移和周围环境的变化，还应定时校准为好。实验结果显示，当仪器正确使用时，可实现10fA 内的可重复性测量。这个结果的一部分由于电路设计消除了高阻抗信号线的传递和其他寄生渗漏路径，一部分由于校准和测量过程消除了误差。

图十一 测量微弱输入电流的采样差动放大电路

4.2 光电二极管接口

AD549具有低输入电流和低输入补偿电压，因此适合作为非常敏感的光电二极管的前置放大器（见图十二）。光电二极管的信号电流I S =R ×P ，其中：P 是照射在二极管表面的光亮度，单位W ，R 是光电二极管响应率，单位A /W 。R F 将信号电流转换成输出电压：V OUT =R F ×I S 。输入电流I B 产生输入电压误差V E1：V E1＝I B ×R F 。运算放大器的输入电压补偿通过光电二极管分流电阻R S 产生误差电流：I ＝V OS ×R S 。这个误差电流将在放大器输出级产生一个误差电压V E2：V E2＝（1＋R F /R S ）V OS 。对于给定典型值的光电二极管分流电阻，特别当反馈阻抗很大的时候，R F /R S 远大于1。并且R F /R S 随温度增加。应使用低补偿电压和低漂移的运算放大器使之保持精确。AD549K 可用于非常敏感的场合，其最大补偿电压为：0.25mV ，漂移：5mV/℃。

4.2.1 光电二极管前置放大器噪声

噪声限制了前置放大器的信号分辨率。反馈阻抗产生的输出电压噪声是可检测的最小电流信号。光电二极管的响应率产生的这个最小可探测电流表征了可被前置放大器检测到最小光亮度。

噪声源与光电二极管、放大器和反馈电阻的连接见图十四。图十五所示是光谱密度在不同频率点处噪声源对输出电压噪声的贡献（电路参数如图十三所示）。每个噪声源对输出电压总噪声的贡献（rms ）是对光谱密度函数平方在频率上的积分。输出电压噪声的rms 值是所有贡献的平方根。减小曲线下的总面积可以在给定带宽内提高偏置前置放大器的分辨率。 光电二极管前置放大器（图十二）在分辨率0.5A /W ，转换为52fWrms 最小可探测电源下，可以检测带宽16Hz ，26fArms 的信号电流。这个光电二极管具有高电源阻抗和低耦合电容。C F 和R F 一起决定了信号带宽，也限制了运算放大器输入电压噪声增益的峰值。放大器输出的单极滤波器将运算放大器输出电压噪声带宽限制在26Hz ，与信号带宽匹配。这样极大提高了前置放大器的信噪比。

图十二 光电二极管前置放大器

图十三 光电二极管前置放大器直流误差源

图十四 光电二级管偏置放大器噪声源 图十五 不同频率下光电二级管

前置放大器噪声源密度谱

4.2.2对数放大器

对数电路在处理动态范围很宽的信号时很有用。AD549L 的60fA 最大输入电流可得到输入电流范围10pA ～1mA ，动态范围为160dB 下、精度为1%的对数放大性能。

如图十六所示对数放大器，输出电压与输入电流I 1和I 2的对数成比例。电阻R 1、R 2提供电压输入。由于NPN 器件用在前置放大器的闭环回路里构成对数函数，输出只与正极输入电压和输入电流有关。输入电流决定匹配电阻Q1、Q2的集成器电流IC1、IC2，从而决定电压VA 、VB ：

V A,VB=—(kT/q)lnIC/IES

其中IES 是晶体管饱和电流。

V A,VB 的差值由减法器获得：VC=(kT/q)lnIC/IES 。

VC 与(R9+R10)/R8成比例，室温下大约等于16。因此，输出电压：V OUT =1×log(IC2/IC1)V 。

R8的温度系数是＋3500ppmm/℃，用来提供温度补偿。并联电阻R15和R7可保持减法器增益以使正负极输入匹配。

R11、R12、C1和C2提供频率补偿。输入信号大于50μA 时电路带宽是300kHz 。信号减小时，带宽平稳减小。

调整电路时，先使输入电流为10μA 。使用放大器的调整分压计调整A3的便宜，使输出为0。再把I1定为1μA ，调整R10使输出为1V 。A1和A2的附加偏移调整可提高电压输入精度和动态范围。

AD549

的极低输入电流使电路适用于很宽的的信号电流。总输入电流是放大器输入电

图十六 对数比例放大器

流、补偿电容的漏电（使用聚苯乙烯和聚四氟乙烯电容时不可忽略）、双边对数晶体管一极的集流器之间、集流器与地的漏电的总和。这些漏电决定了电路的精度。这些漏电的量级取决于放大器输入失调电压。当偏移电压为10mV时，其值小于10fA。最小分辨率主要受放大器输入电流限制，AD549L的精度最多只有60fA。

输入电流大于100μA时，发射极电阻Q1和Q2的作用将降低电路的精度。R13、D1、R16、R14、D2和R17组成的电路补偿这些误差，使误差在输入电流为1mA时小于1%。R13和R14的大小取决于使用的对数晶体管的类型。LM394的晶体管电阻约为49.9kΩ。更小的对数增益应使用更小的电阻值。

4.3 温度补偿pH探测放大器

pH电极可等效为一个mV量级的电压源和一个串连电阻（取决于电极的成分和结构）。标准pH电极的阻抗在106Ω和109Ω之间。因此选择具有足够低输入电流的放大器很重要，保证放大器输入偏置电流在电极阻抗产生的压降不会成为测量的显著误差。图十七所示电路中AD549用作一个pH探测放大器。

图十七温度补偿pH探测放大器

像其他静电计放大器应用一样，必须使用保护环，屏蔽之类技术以保证AD549的低输入电流。以AD549L为例，其最大输入电流为60fA。如果ph电极电源阻抗大于109Ω，输入电流产生的误差小于60μV。输入失调电压可补偿，小于0.5mV。

无论温度多少，pH值为7时，ph探测器的输入值是0V。可预测探测器转换函数的斜率受温度影响（0℃时-54.2mV/pH,100℃时-74.04mV/pH），可用AD590温度传感器和AD535模拟除法器为pH探测放大器提供精确的温度补偿电路。AD549的放大器增益是13.51。100℃时AD590电路的输出（C点处）是10V，系数为26.8mV/℃。AD535模拟除法器的输出（D点处）是温度补偿了的电压输出，ph值为7时其中心值为0V，转换函数是-1.00V/pH。输出范围从-7.00V（pH＝14）到+7.00V（pH＝0）。

5 结束语

本文介绍ADI公司生产的极低偏置电流运算放大器AD549，它具有低失调电压、低失调漂移、低功耗、低输入电压噪声等特点。文中介绍了AD549的技术性能和工作原理及其应用电路，可为AD549在其它高精度测量中提供很高的借鉴价值。

运算放大器在实践中的应用

运算放大器在实践中的应用 摘要： 本文主要介绍了运算放大器的基本工作原理以及运算放大器在生活中的一些简单应用，以此去了解运算放大器给我们的日常生活带来的影响。其中，原理内容简单阐述了运算放大器的基本组成，原理与常见模型的一些特性，然后阐述了有关运放的一些简单应用。 关键词：运算放大器原理，理想运放，运放的原理应用。 Operational amplifier application in practice Abstract:This paper mainly introduces the basic principle and the operational amplifier operational amplifier in the life of some simple applications, to understand what a little operational amplifier brings to our life what. Among them, the principle involves operational amplifier 's basic composition, principles and common models of some characteristics, and then expounded on the opamp some simple application. Keywords:Operational Amplifier principle, Ideal operational amplifier, Amplifier principle and its application.. 正文： 1 运算放大器的原理 运算放大器是目前应用最广泛的一种多端元器件，虽然各种不同的运放结构不同，但对于外部电路而言，其特性都是一样的，运算放大器是一种集成电路（模拟集成电路），它是将电阻器、电容器、二极管、三极管、以及它们的连线等全部集成在一小块半导体基片上的完整电路。简称集成运放或运放。运算放大器具有体积小、质量轻，功耗小、外部接线少的优点，从而大大提高了设备的可靠性，降低了成本，推动了电子技术的普及和应用。一般放大器的作用是把输入电压放大一定倍数后在输送出去，其输出电压与输入电压之比称为电压放大倍数或电压增益。用房是一种高增益（可达几万倍甚至更高）、高输入电阻、低输出电阻的放大器。由于他能完成加法、微分、积分等数学运算而被称为运算放大器，然而它的应用远远超出上述范围。 运算放大器（Operational Amplifier）是一种直流耦合﹐差模（差动模式）输入、通常为单端输出的高增益电压放大器，因为刚开始主要用于加法，乘法等运算电路中，因而得名。一个理想的运算放大器必须具备下列特性：无限大的输入阻抗、等于零的输出阻抗、无限大的开回路增益、无限大的共模排斥比的部分、无限大的频宽。最基本的运算放大器如图1-1，一个运算放大器模组一般包括一个负输入端a、一个正输入端b和一个输出端o。

实验五集成运算放大器的基本应用共7页文档

实验五集成运算放大器的基本应用(I) ─模拟运算电路─ 一、实验目的 1、了解和掌握集成运算放大器的功能、引脚 2、研究由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算 电路的功能。 3、了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。 二、实验原理 集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。 理想运算放大器特性 在大多数情况下，将运放视为理想运放，就是将运放的各项技术指标理想化，满足下列条件的运算放大器称为理想运放。 开环电压增益A =∞ ud =∞ 输入阻抗r i =0 输出阻抗r o 带宽 f =∞ BW 失调与漂移均为零等。 理想运放在线性应用时的两个重要特性：

（1）输出电压U O 与输入电压之间满足关系式 U O ＝A ud （U +－U －） 由于A ud =∞，而U O 为有限值，因此，U +－U －≈0。即U +≈U －，称为“虚短”。 （2）由于r i =∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即I IB ＝0，称为“虚断”。这说明运放对其前级吸取电流极小。 上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。 基本运算电路 1) 反相比例运算电路 电路如图8－1所示。对于理想运放， 该电路的输出电压与输入电压 之间的关系为 为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻R 2＝R 1 // R F 。 图8－1 反相比例运算电路 图8－2 反相加法运算电路 2) 反相加法电路 电路如图8－2所示，输出电压与输入电压之间的关系为 )U R R U R R ( U i22 F i11F O +-= R 3＝R 1 // R 2 // R F 3) 同相比例运算电路 图8－3(a)是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为 i 1 F O U R R U - =

运算放大器的典型应用

Op Amp Circuit Collection AN-31

Practical Differentiator f c e 1 2q R2C1 f h e 1 2q R1C1 e 1 2q R2C2 f c m f h m f unity gain TL H 7057–9 Integrator V OUT e b 1 R1C1 t2 t1 V IN dt f c e 1 2q R1C1 R1e R2 For minimum offset error due to input bias current TL H 7057–10 Fast Integrator TL H 7057–11Current to Voltage Converter V OUT e l IN R1 For minimum error due to bias current R2e R1 TL H 7057–12 Circuit for Operating the LM101 without a Negative Supply TL H 7057–13Circuit for Generating the Second Positive Voltage TL H 7057–14

Neutralizing Input Capacitance to Optimize Response Time C N s R1 R2 C S TL H 7057–15 Integrator with Bias Current Compensation Adjust for zero integrator drift Current drift typically0 1 n A C over b55 C to125 C temperature range TL H 7057–16 Voltage Comparator for Driving DTL or TTL Integrated Circuits TL H 7057–17 Threshold Detector for Photodiodes TL H 7057–18 Double-Ended Limit Detector V OUT e4 6V for V LT s V IN s V UT V OUT e0V for V IN k V LT or V IN l V UT TL H 7057–19 Multiple Aperture Window Discriminator TL H 7057–20

集成运算放大器的基本应用

实验十一 集成运算放大器的基本应用 —— 模拟运算电路 一、实验目的 1、研究由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。 2、了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。 二、实验仪器 1、双踪示波器 2、万用表 3、交流毫伏表 4、信号发生器 三、实验原理 在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数、指数等模拟运算电路。 1、 反相比例运算电路 电路如图11-1所示。对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为 i F O U R R U 1 - = （11-1） U i O 图11-1 反相比例运算电路 为减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻R2=R1∥R F ，此处为了简化电路，我们选取R2=10K 。

2、反相加法电路 U O U 图11-2 反相加法运算电路 电路如图11-2所示，输出电压与输入电压之间的关系为 )( 22 11i F i F O U R R U R R U +-= R 3=R 1∥R 2∥R F （11-2） 3、同相比例运算电路 图11-3（a ）是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为 i F O U R R U )1(1 + = R 2=R 1∥R F （11-3） 当R1→∞时，U O =U i ，即得到如图11-3（b ）所示的电压跟随器。图中R2=R F ，用以减小漂移和起保护作用。一般RF 取10K Ω，R F 太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。 (a)同相比例运算 (b)电压跟随器 图11-3 同相比例运算电路 4、差动放大电路(减法器) 对于图11-4所示的减法运算电路，当R1=R2，R3=R F 时，有如下关系式： )(1 120i i U U R RF U -= （11-4）

运算放大器应用设计的技巧总结

运算放大器应用设计的几个技巧 一、如何实现微弱信号放大？ 传感器+运算放大器+ADC+处理器是运算放大器的典型应用电路，在这种应用中，一个典型的问题是传感器提供的电流非常低，在这种情况下，如何完成信号放大？张世龙指出，对于微弱信号的放大，只用单个放大器难以达到好的效果，必须使用一些较特别的方法和传感器激励手段，而使用同步检测电路结构可以得到非常好的测量效果。这种同步检测电路类似于锁相放大器结构，包括传感器的方波激励，电流转电压放大器，和同步解调三部分。他表示，需要注意的是电流转电压放大器需选用输入偏置电流极低的运放。另外同步解调需选用双路的SPDT模拟开关。 另有工程师朋友建议，在运放、电容、电阻的选择和布板时，要特别注意选择高阻抗、低噪声运算和低噪声电阻。有网友对这类问题的解决也进行了补充，如网友“1sword”建议： 1)电路设计时注意平衡的处理，尽量平衡，对于抑制干扰有效，这些在美国国家半导体、BB(已被TI收购)、ADI等公司关于运放的设计手册中均可以查到。 2)推荐加金属屏蔽罩，将微弱信号部分罩起来(开个小模具)，金属体接电路地，可以大大改善电路抗干扰能力。 3)对于传感器输出的nA?级，选择输入电流pA?级的运放即可。如果对速度没有多大的要求，运放也不贵。仪表放大器当然最好了，就是成本高些。 4)若选用非仪表运放，反馈电阻就不要太大了，M欧级好一些。否则对电阻要求比较高。后级再进行2级放大，中间加入简单的高通电路，抑制50Hz干扰。 二、运算放大器的偏置设置 在双电源运放在接成单电源电路时，工程师朋友在偏置电压的设置方面会遇到一些两难选择，比如作为偏置的直流电压是用电阻分压好还是接参考电压源好？有的网友建议用参考电压源，理由是精度高，此外还能提供较低的交流旁路，有的网友建议用电阻，理由是成本低而且方便，对此，张世龙没有特别指出用何种方式，只是强调双电源运放改成单电源电路时，如果采用基准电压的话，效果最好。这种基准电压使系统设计得到最小的噪声和最高的PSRR。但若采用电阻分压方式，必须考虑电源纹波对系统的影响，这种用法噪声比较高，PSRR比较低。 三、如何解决运算放大器的零漂问题？ 有网友指出，一般压电加速度传感器会接一级电荷放大器来实现电荷——电压转换，可是在传感器动态工作时，电荷放大器的输出电压会有不归零的现象发生，如何解决这个问题？ 对此，网友“Frank”分析道，有几种可能性会导致零漂：1)反馈电容ESR特性不好，随电荷量的变化而变化；2)反馈电容两端未并上电阻，为了放大器的工作稳定，减少零漂，在反馈电容两端并上电阻，形成直流负反馈可以稳定放大器的直流工作点；3)可能挑选的运算放大器的输入阻抗不够高，造成电荷泄露，导致零漂。 网友“camel”和“windman”还从数学分析的角度对造成零漂的原因进行了详细分析，认为除了使干扰源漂移小以外还必须使传感器、缆线电阻要大，运放的开环输入阻抗要高、运放的反馈电阻要小，即反馈电阻的作用是为了防止漂移，稳定直流工作点。但是反馈电阻太小的话，也会影响到放大器的频率下限。所以必须综合考虑！ 而嘉宾张世龙则建议，对于电荷放大器输出电压不归零的现象，一般采用如下办法来解决： 1)采用开关电容电路的技巧，使用CDS采样方式可以有效消除offset电压；2)采用同步检测电路结构，可以有效消除offset电压。

运放的应用实例和设计指南

1.1运放的典型设计和应用 1.1.1运放的典型应用 运放的基本分析方法：虚断，虚短。对于不熟悉的运放应用电路，就使用该基本分析方法。 运放是用途广泛的器件，接入适当的反馈网络，可用作精密的交流和直流放大器、有源滤波器、振荡器及电压比较器。 1) 运放在有源滤波中的应用 图有源滤波 上图是典型的有源滤波电路（赛伦-凯电路，是巴特沃兹电路的一种）。有源滤波的好处是可以让大于截止频率的信号更快速的衰减，而且滤波特性对电容、电阻的要求不高。 该电路的设计要点是：在满足合适的截止频率的条件下，尽可能将R233和R230的阻值选一致，C50和C201的容量大小选取一致（两级RC电路的电阻、电容值相等时，叫赛伦凯电路），这样就可以在满足滤波性能的情况下，将器件的种类归一化。 其中电阻R280是防止输入悬空，会导致运放输出异常。 滤波最常用的3种二阶有源低通滤波电路为 巴特沃兹，单调下降，曲线平坦最平滑； 切比雪夫，迅速衰减，但通带中有纹波； 贝塞尔（椭圆），相移与频率成正比，群延时基本是恒定。

二阶有源低通滤波 电路的画法和截止频率 2) 运放在电压比较器中的应用 R785K1 ACH_BF1 FREN1 U85PS2801-1 1 2 4 3 R273 1K R274 1K C213 22nF FREN1 R292 200K - + U87B LM393DR2G 5 6 7 R275 1K 图电压比较 上图是典型信号转换电路，将输入的交流信号，通过比较器LM393，将其转化为同频率的方波信号（存在反相，让软件处理一下就可以），该电路在交流信号测频中广泛使用。 该电路实际上是过零比较器和深度放大电路的结合。 将输出进行（1+R292/R273）倍的放大，放大倍数越高，方波的上升边缘越陡峭。 该电路中还有一个关键器件的阻值要注意，那就是R275，R275决定了方波的上升速度。 3) 恒流源电路的设计 如图所示，恒流原理分析过程如下： U5B（上图中下边的运放）为电压跟随器，故V4 V1=; 由运算放大器的虚短原理，对于运放U4A（上图中上边的运放）有：V5 V3=；

集成运算放大器及其应用

第九章集成运算放大器及其应用（易映萍） 9.1 差分放大电路 9.2互补功率放大电路 9.3 集成运算放大电路 9.4 理想集成运放的线性运用电路 9.5 理想集成运放的非线性运用电路 习题 第九章集成运算放大器及其应用 9.1 差分放大电路 9.1.1 直接耦合多级放大电路的零点漂移现象 工业控制中的很多物理量均为模拟量，如温度、流量、压力、液面和长度等，它们通过不同的传感器转化成的电量也均为变化缓慢的非周期性连续信号，这些信号具有以下两个特点： 1．信号比较微弱，只有通过多级放大才能驱动负载； 2．信号变化缓慢，一般采用直接耦合多级放大电路将其放大。 u＝0）时，人们在试验中发现，在直接耦合的多级放大电路中，即使将输入端短路（即 i u≠0）,这种现象称为零点漂移（简称为零漂），如图输出端还会产生缓慢变化的电压（即 o 9.1所示。 （a）测试电路（b）输出电压u o的漂移 图9.1 零点漂移现象 9.1.2 零漂产生的主要原因 在放大电路中，任何参数的变化，如电源电压的波动、元件的老化以及半导体元器件参数随温度变化而产生的变化，都将产生输出电压的漂移，在阻容耦合放大电路中，耦合电容对这种缓慢变化的漂移电压相当于开路，所以漂移电压将不会传递到下一级电路进一步放

大。但是，在直接耦合的多级放大电路中，前一级产生的漂移电压会和有用的信号（即要求放大的输入信号）一起被送到下一级进一步放大，当漂移电压的大小可以和有用信号相当时，在负载上就无法分辨是有效信号电压还是漂移电压，严重时漂移电压甚至把有效信号电压淹没了，使放大电路无法正常工作。 采用高质量的稳压电源和使用经过老化实验的元件就可以大大减小由此而产生的漂移，所以由温度变化所引起的半导体器件参数的变化是产生零点漂移现象的主要原因，因而也称零点漂移为温度漂移，简称温漂，从某种意义上讲零点漂移就是静态工作点Q点随温度的漂移。 9.1.3抑制温漂的方法 对于直接耦合多级放大电路，如果不采取措施来抑制温度漂移，其它方面的性能再优良，也不能成为实用电路。抑制温漂的方法主要由以下几种： （1）采用稳定静态工作的分压式偏置放大电路中Re的负反馈作用； （2）采用温度补偿的方法，利用热敏元件来抵消放大管的变化； （3）采用特性完全相同的三极管构成“差分放大电路”； 9.1.4 差分放大电路 差分放大电路是构成多级直接耦合放大电路的基本单元电路。直接耦合的多级放大电路的组成框图如图9.2所示。 图9.2 多级放大的组成框图 A倍后传送到负载上，对电路造从上图可知输入级一旦产生了温漂，会经中间级放大 u2 A≈1，对电路造成的成严重的影响，而中间级产生的温漂，由于直接到达功放级而功放的 u 影响跟输入级相比少得多，所以，我们主要应设法抑制输入级产生的温漂，故在直接耦合的多级放大电路中只有输入级常采用差分放大电路的形式来抑制温漂。 9.1.4.1 差分放大电路的组成及结构特点 一．电路组成 差分放大电路如图9.3所示。

集成运算放大器的基本应用

第7章集成运算放大器的基本应用 7.1 集成运算放大器的线性应用 7.1.1 比例运算电路 7.1.2 加法运算电路 7.1.3 减法运算电路 7.1.4 积分运算电路 7.1.5 微分运算电路 7.1.6 电压—电流转换电路 7.1.7 电流—电压转换电路 7.1.8 有源滤波器 *7.1.9 精密整流电路 7.2 集成运放的非线性应用 7.2.1 单门限电压比较器 7.2.2 滞回电压比较器 7.3 集成运放的使用常识 7.3.1 合理选用集成运放型号 7.3.2 集成运放的引脚功能 7.3.3 消振和调零 7.3.4 保护 本章重点: 1. 集成运算放大器的线性应用：比例运算电路、加减法运算电路、积分微分运算电路、一阶有源滤波器、二阶有源滤波器 2. 集成运算放大器的非线性应用：单门限电压比较器、滞回比较器 本章难点: 1. 虚断和虚短概念的灵活应用 2. 集成运算放大器的非线性应用 3. 集成运算放大器的组成与调试 集成运算放大器(简称集成运放)在科技领域得到广泛的应用，形成了各种各样的应用电路。从其功能上来分，可分为信号运算电路、信号处理电路和信号产生电路。从本章开始和以后的相关章节分别介绍它们的应用。 7.1 集成运算放大器的线性应用

集成运算放大器的线性应用 7.1.1 比例运算电路 1. 同相比例运算电路 (点击查看大图)反馈方式：电压串联负反馈 因为有负反馈，利用虚短和虚断 虚短: u-= u+= u i

虚断: i +=i i- =0 ， i 1 =i f 电压放大倍数: 平衡电阻R=R f//R1 2. 反相比例运算 (点击查看大图)反馈方式：电压并联负反馈 因为有负反馈，利用虚短和虚断 i - =i+= 0（虚断） u + =0，u－=u+=0（虚地） i 1 =i f 电压放大倍数:

集成运放基本应用之一—模拟运算电路

集成运放基本应用之一—模拟运算电路

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实验十二集成运放基本应用之一——模拟运算电路 一、实验目的 1、了解并掌握由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的原理与功能。 2、了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。 二、实验原理 集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。 理想运算放大器特性： 在大多数情况下，将运放视为理想运放，就是将运放的各项技术指标理想化，满足下列条件的运算放大器称为理想运放： 开环电压增益A ud=∞ 输入阻抗r i=∞ 输出阻抗r o=0 带宽f BW=∞ 失调与漂移均为零等。 理想运放在线性应用时的两个重要特性： （1）输出电压U O与输入电压之间满足关系式 U O＝A ud（U+－U－） 由于A ud=∞，而U O为有限值，因此，U+－U－≈0。即U+≈U－，称为“虚短”。

（2）由于r i =∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即I IB ＝0，称为“虚断”。这说明运放对其前级吸取电流极小。 上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。 基本运算电路 1) 反相比例运算电路 电路如图5－1所示。对于理想运放， 该电路的输出电压与输入电压之间的 关系为 为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻R 2＝R 1 // R F 。 图5－1 反相比例运算电路 图5－2 反相加法运算电路 2) 反相加法电路 电路如图5－2所示，输出电压与输入电压之间的关系为 )U R R U R R ( U i22 F i11F O +-= R 3＝R 1 / R 2 // R F 3) 同相比例运算电路 图5－3(a)是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为 i 1 F O )U R R (1U + = R 2＝R 1 / R F 当R 1→∞时，U O ＝U i ，即得到如图5－3(b)所示的电压跟随器。图中R 2＝R F ， i 1 F O U R R U -=

集成运算放大器的基本应用

实验名称 集成运算放大器的基本应用 一.实验目的 1.掌握集成运算放大器的正确使用方法。 2.掌握用集成运算放大器构成各种基本运算电路的方法。 3.学习正确使用示波器交流输入方式和直流输入方式观察波形的方法，重点掌握积分输入，输出波形的测量和描绘方法。 二.实验元器件 集成运算放大器 LM324 1片 电位器 1k Ω 1只 电阻 100k Ω 2只；10k Ω 3只；5.1k Ω 1只；9k Ω 1只 电容 0.01μf 1只 三、预习要求 1.复习由运算放大器组成的反相比例、反相加法、减法、比例积分运算电路的工作原理。 2.写出上述四种运算电路的vi 、vo 关系表达式。 3.实验前计算好实验内容中得有关理论值，以便与实验测量结果作比较。 4.自拟实验数据表格。 四.实验原理及参考电路 本实验采用LM324集成运算放大器和外接电阻、电容等构成基本运算电路。 1. 反向比例运算 反向比例运算电路如图1所示，设组件LM324为理想器件，则 11 0υυR R f -=

R f 100k R 1 10k A 10k R L v o v 1 R 9k 图1 其输入电阻1R R if ≈，图中1//R R R f ='。 由上式可知，改变电阻f R 和1R 的比值，就改变了运算放大器的闭环增益vf A 。 在选择电路参数是应考虑： ○ 1根据增益，确定f R 与1R 的比值，因为 1 R R A f vf - = 所以，在具体确定f R 和1R 的比值时应考虑；若f R 太大，则1R 亦大，这样容易引起较大的失调温漂；若f R 太小，则1R 亦小，输入电阻if R 也小，可能满足不了高输入阻抗的要求，故一般取f R 为几十千欧至几百千欧。 若对放大器输入电阻有要求，则可根据1R R i =先确定1R ，再求f R 。 ○ 2运算放大器同相输入端外接电阻R '是直流补偿电阻，可减小运算放大器偏执电流产生的不良影响，一般取1//R R R f ='，由于反向比例运算电路属于电压并联负反馈，其输入、输出阻抗均较低。 本次试验中所选用电阻在电路图中已给出。 2. 反向比例加法运算 反向比例加法运算电路如图2所示，当运算放大器开环增益足够大时，其输入端为“虚地”，11v 和12v 均可通过1R 、2R 转换成电流，实现代数相加，其输出电压 ??? ??+-=122111 v R R v R R v f f o 当R R R ==21时 ()1211v v R R v f o +- = 为保证运算精度，除尽量选用精度高的集成运算放大器外，还应精心挑选精度高、稳定性好的电阻。f R 与R 的取值范围可参照反比例运算电路的选取范围。 同理，图中的21////R R R R f ='。

2016东南大学模电实验1运算放大器的基本应用

东南大学电工电子实验中心 实验报告 课程名称：模拟电子电路实验 第 1 次实验 实验名称：运算放大器的基本应用 院（系）：吴健雄学院专业：电类强化班 姓名：学号： 610142 实验室:实验组别： 同组人员：实验时间：2016年4月10日 评定成绩：审阅教师： 一、实验目的 1.熟练掌握反相比例、同相比例、加法、减法等电路的设计方法； 2.熟练掌握运算放大电路的故障检查和排除方法； 3.了解运算放大器的主要直流参数（输入失调电压、输入偏置电流、输入 失调电流、温度漂移、共模抑制比，开环差模电压增益、差模输入电阻、输出电阻等）、交流参数（增益带宽积、转换速率等）和极限参数（大差模输入电压、大共模输入电压、大输出电流、大电源电压等）的基本概念； 4.熟练掌握运算放大电路的增益、幅频特性、传输特性曲线的测量方法；

5.掌握搭接放大器的方法及使用示波器测量输出波形。 二、预习思考 1.查阅 LM324 运放的数据手册，自拟表格记录相关的直流参数、交流参数 和极限参数，解释参数含义。

2.设计一个反相比例放大器，要求：|AV|=10，Ri>10K?，RF=100 k?，并用 multisim 仿真。 其中分压电路由100k?的电位器提供，与之串联的510?电阻起限流的作用。 3.设计一个同相比例放大器，要求：|AV|=11，Ri>10K?，RF=100 k?，并用 multisim 仿真。

三、 实验内容 1. 基本要求 内容一： 反相输入比例运算电路各项参数测量实验（预习时，查阅 LM324 运放的数据手册，自拟表格记录相关的直流参数、交流参数和极限参数，解释参数含义）。 图 1.1 反相输入比例运算电路 LM324 管脚图 1) 图 1.1 中电源电压±15V ，R1=10k Ω，RF=100 k Ω，RL ＝100 k Ω，RP ＝10k//100k Ω。按图连接电路，输入直流信号 Ui 分别为－2V 、－0.5V 、0.5V 、2V ，用万用表测量对应不同 Ui 时的 Uo 值，列表计算 Au 并和理论值相比较。其中 Ui 通过电阻分压电路产生。 Ui/V Uo/V Au 测量值 理论值 -2 13.365 -6.6825 \

运算放大器11种经典电路

运算放大器组成的电路五花八门，令人眼花瞭乱，是模拟电路中学习的重点。在分析它的工作原理时倘没有抓住核心，往往令人头大。特搜罗天下运放电路之应用，来个“庖丁解牛”，希望各位从事电路板维修的同行，看完后有所收获。 遍观所有模拟电子技朮的书籍和课程，在介绍运算放大器电路的时候，无非是先给电路来个定性，比如这是一个同向放大器，然后去推导它的输出与输入的关系，然后得出Vo=(1+Rf)Vi，那是一个反向放大器，然后得出 Vo=-Rf*Vi……最后学生往往得出这样一个印象：记住公式就可以了！如果我们将电路稍稍变换一下，他们就找不着北了！偶曾经面试过至少100个以上的大专以上学历的电子专业应聘者，结果能将我给出的运算放大器电路分析得一点不错的没有超过10个人！其它专业毕业的更是可想而知了。 今天，芯片级维修教各位战无不胜的两招，这两招在所有运放电路的教材里都写得明白，就是“虚短”和“虚断”，不过要把它运用得出神入化，就要有较深厚的功底了。 虚短和虚断的概念 由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB以上。而运放的输出电压是有限的，一般在 10 V～14 V。因此运放的差模输入电压不足1 mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。 “虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。 由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1uA，远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。 在分析运放电路工作原理时，首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、减法器，什么差动输入……暂时忘掉那些输入输出关系的公式……这些东东只会干扰你，让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数，这是设计者要考虑的事情。我们理解的就是理想放大器（其实在维修中和大多数设计过程中，把实际放大器当做理想放大器来分析也不会有问题）。

运算放大器应用电路的设计与制作

运算放大器应用电路的设计与制作 运算放大器 1.原理 运算放大器是目前应用最广泛的一种器件,当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。 运算放大器一般由4个部分组成，偏置电路，输入级，中间级，输出级。 图1运算放大器的特性曲线 图2运算放大器输入输出端图示 图1是运算放大器的特性曲线，一般用到的只是曲线中的线性部分。如图2所示。U -对应的端子为“-”，当输入U -单独加于该端子时，输出电压与输入电压U -反相，故称它为反相输入端。U +对应的端子为“＋”，当输入U +单独由该端加入时，输出电压与U +同相，故称它为同相输入端。 输出：U 0= A(U +-U -) ； A 称为运算放大器的开环增益（开环电压放大倍数）。 在实际运用经常将运放理想化，这是由于一般说来，运放的输入电阻很大，开环增益也很大，输出电阻很小，可以将之视为理想化的，这样就能得到:开环电压增益A ud =∞；输入阻抗r i =∞；输出阻抗r o =0；带宽f BW =∞；失调与漂移均为零等理想化参数。 理想运放在线性应用时的两个重要特性 输出电压U O 与输入电压之间满足关系式：U O ＝A ud （U +－U －）,由于A ud =∞，而U O 为有限值，因此，U +－U －≈0。即U +≈U －，称为“虚短”。 由于r i =∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即I IB ＝0，称为“虚断”,这说明运放对其前级吸取电流极小。

上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。 运算放大器的应用 (1)比例电路 所谓的比例电路就是将输入信号按比例放大的电路，比例电路又分为反向比例电路、同相比例电路、差动比例电路。 (a) 反向比例电路 反向比例电路如图3所示，输入信号加入反相输入端: 图3反向比例电路电路图 对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为： 为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻 R ’＝R 1 // R F 。 输出电压U 0与输入电压U i 称比例关系，方向相反，改变比例系数，即改变两个电阻的阻值就可以改变输出电压的值。反向比例电路对于输入信号的负载能力有一定的要求。 (b) 同向比例电路 同向比例电路如图4所示，跟反向比例电路本质上差不多，除了同向接地的一段是反向输入端: 图4 同相比例电路电路图 i 1 f O U R R U -=

几个常用经典差动放大器应用电路详解资料

几个常用经典差动放大器应用电路详解 成德广营浏览数：1507发布日期：2016-10-10 10:48 经典的四电阻差动放大器（Differential amplifier，差分放大器）似乎很简单，但其在电路中的性能不佳。本文从实际生产设计出发，讨论了分立式电阻、滤波、交流共模抑制和高噪声增益的不足之处。关键词：CMRR差动放大器差分放大器 简介 经典的四电阻差动放大器（Differential amplifier，差分放大器）似乎很简单，但其在电路中的性能不佳。本文从实际生产设计出发，讨论了分立式电阻、滤波、交流共模抑制和高噪声增益的不足之处。 大学里的电子学课程说明了理想运算放大器的应用，包括反相和同相放大器，然后将它们进行组合，构建差动放大器。图 1 所示的经典四电阻差动放大器非常有用，教科书和讲座 40 多年来一直在介绍该器件。 图 1. 经典差动放大器 该放大器的传递函数为： 若R1 = R3 且R2 = R4，则公式 1 简化为：

这种简化可以在教科书中看到，但现实中无法这样做，因为电阻永远不可能完全相等。此外，基本电路在其他方面的改变可产生意想不到的行为。下列示例虽经过简化以显示出问题的本质，但来源于实际的应用问题。 CMRR 差动放大器的一项重要功能是抑制两路输入的共模信号。如图1 所示，假设V2 为 5 V，V1 为 3 V，则4V为共模输入。V2 比共模电压高 1 V，而V1 低 1 V。二者之差为 2 V，因此R2/R1的“理想”增益施加于2 V。如果电阻非理想，则共模电压的一部分将被差动放大器放大，并作为V1 和V2 之间的有效电压差出现在VOUT ，无法与真实信号相区别。差动放大器抑制这一部分电压的能力称为共模抑制（CMR）。该参数可以表示为比率的形式（CMRR），也可以转换为分贝（dB）。 在1991 年的一篇文章中，Ramón Pallás-Areny和John Webster指出，假定运算放大器为理想运算放大器，则共模抑制可以表示为： 其中，Ad为差动放大器的增益， t 为电阻容差。因此，在单位增益和 1%电阻情况下，CMRR 等于 50 V/V（或约为 34 dB）；在 0.1%电阻情况下，CMRR等于 500 V/V（或约为 54 dB）-- 甚至假定运算放大器为理想器件，具有无限的共模抑制能力。若运算放大器的共模抑制能力足够高，则总CMRR受限于电阻匹配。某些低成本运算放大器具有 60 dB至 70 dB的最小CMRR，使计算更为复杂。 低容差电阻 第一个次优设计如图 2 所示。该设计为采用OP291 的低端电流检测应用。R1 至R4 为分立式 0.5%电阻。由Pallás-Areny文章中的公式可知，最佳CMR为 64 dB.幸运的是，共模电压离接地很近，因此CMR并非该应用中主要误差源。具有 1%容差的电流检测电阻会产生 1%误差，但该初始容差可以校准或调整。然而，由于工作范围超过 80°C，因此必须考虑电阻的温度系数。

实验二 集成运算放大器的基本应用(I)

实验二 集成运算放大器的基本应用(I) ─ 模拟运算电路 ─ 一 实验目的 1. 研究由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。 2. 了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。 二 实验原理 集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。 集成运算放大器配接不同的外围元件可以方便灵活地实现各种不同的运算电路（线性放大和非线性电路）。用运算放大器组成的运算电路（也叫运算器），可以实现输入信号和输出信号之间的数学运算和函数关系，是运算放大器的基本用途之一，这些运算器包括比例器、加法器、减法器、对数运算器、积分器、微分器、模拟乘法器等各种模拟运算功能电路。 (1) 反相比例运算电路 电路如图1所示。对于理想运放， 该电路的输出电压与输入电压之间的关系为 为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻R 2＝R 1 // R F 。 i U 10-=- =i 1 F O U R R U

图1 反相比例运算电路 (2) 同相比例运算电路 图2是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为 i U 11=+ =i 1 F O )U R R (1U R 2＝R 1 // R F 图2 同相比例运算电路 三 实验设备与器件 1. ±12V 直流电源 2. 函数信号发生器 3. 交流毫伏表 4. 直流电压表 5. 集成运算放大器OP07×1 9.1K Ω、10 K Ω、100 K Ω电阻各1个，导线若干。 2 3 6 7 4 1 8 2 3 1 8 4 6 7

最新运算放大器设计总结

运算放大器的基本参数 1. 开环电压增益A OL 不带负反馈的状态下，运算放大器对直流信号的放大倍数。电压反馈运算放大器采用电 压输入/电压输出方式工作，其开环增益为无量纲比，所以不需要单位。但是，数值较小时，为方便起见，数据手册会以V/mV或V/ yV代替V/V表示增益，电压增益也可以dB形式表示，换算关系为dB = 20 xiogAVOL。因此，1V/ ^V的开环增益相当于120 dB，以此类推。该参数与频率密切相关，随着频率的增加而减小，相位也会发生偏移。 对于反向比例放大电路，只有当AOL >> R+Rf时，Vo=-Rf/RVi才能够成立。 Frequency (Hz) 2. 单位增益带宽B1 (Gain-Bandwidth Product) 开环电压增益大于等于 1 (OdB )时的那个频率范围，以Hz为单位。它将告诉你将小 信号(?土100mV )送入运放并且不失真的最高频率。在滤波器设计电路中，假定运放滤波器增益为 1V/V，则单位增益带宽大于等于滤波器截止频率f cut-off x 100。 3.共模抑制比CMRR 差分电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，CMRR=|Ad/Ac|。共模输入电压会影响到 输入差分对的偏置点。由于输入电路内部固有的不匹配，偏置点的改变会引起失调电压改变， 进而引起输出电压改变。其实际的计算方法是失调电压变化量比共模电压变化量，一般来说CMRR= △ Vos/ △ Vcom , TI及越来越多的公司将其定义为CMRR= △ Vcom/ △ Vos。在datasheet中该参数一般为直流参数，随着频率的增加而降低。

CCMMDN-MODE REJECTION RATIO vt. FREQUENCY 4. 输入偏置电流Ibias 输入偏置电流被定义为：运放的输入为规定电位时，流入两个输入端的电流平均值。记为IB。为了运放能正常的工作，运放都需要一定的偏置电流。IB=(IN+IP)/2。 当信号源阻抗很高时，就必须关注输入偏流，因为如果运放有很大的输入偏流，就会对信号源构成负载，因而会看到一个比预想要低的信号源输出电压，如果信号源阻抗很高，那 么最好使用一个以CMOS或者JFET作为输入级的运放，也可以采用降低信号源输出阻抗的方法，就是使用一个缓冲器，然后用缓冲器来驱动具有很大输入偏流的运放。 在双级输入级的情况下，可以使用对失调电流进行调零的方法，就是使从两个输入端看到的阻抗相互匹配。在CMOS和JFET输入电路的情况下，一般来说，失调电流不是问题，也没有必要进行阻抗匹配了。 5. 输入失调电流Ios 当运放的输出端置于规定电位时，流入运放两个输入端的电流之差的绝对值。 I OS=|IN-IP| 6. 电源抑制比PSRR 电源电压的改变量与由此引起的输入失调电压改变量之比的绝对值，单位是dB。对于双电源运放，PSSR= △ V cc士/ △ V os士。PSSR随着频率的增加而下降。开关电源产生的噪声频率从50kHz到500kHz或更高，在这些高频下，PSSR的值几乎为零，所以，电源上的 噪声会引起运放输出端上的噪声，对此必须使用恰当的旁路技术。

集成运算放大器电路分析及应用(完整电子教案)

集成运算放大器电路分析及应用（完整电子教案） 3.1 集成运算放大器认识与基本应用 在太阳能充放电保护电路中要利用集成运算放大器LM317 实现电路电压检测，并通过 三极管开关电路实现电路的控制。首先来看下集成运算放大器的工作原理。 【项目任务】 测试如下图所示，分别测量该电路的输出情况，并分析电压放大倍数。 信息单】 集成运放的实物如图3.2 所示。 图3.2 集成运算放大 1. 集成运放的组成及其符号 各种集成运算放大器的基本结构相似，主要都是由输入级、中间级和输出级以及偏置电路组成，如图3.3 所示。输入级一般由可以抑制零点漂移的差动放大电路组成；中间级的作用是获得较大的电压放大倍数，可以由共射极电路承担；输出级要求有较强的带负载能力，一般采用射极跟随器；偏置电路的作用是为各级电路供给合理的偏置电流。

图3.3 集成运算放大电路的结构组成集成运放的图形和文字符号如图3.4 所示。 图3.4 集成运放的图形和文字符号 其中“ -”称为反相输入端，即当信号在该端进入时，输出相位与输入相位相反；而 “+”称为同相输入端，输出相位与输入信号相位相同。 2. 集成运放的基本技术指标集成运放的基本技术指标如下。 ⑴输入失调电压U OS 实际的集成运放难以做到差动输入级完全对称，当输入电压为零时，输出电压并不为零。规定在室温(25℃ )及标准电源电压下，为了使输出电压为零，需在集成运放的两输入端额外附加补偿电压，称之为输入失调电压U OS，U OS 越小越好，一般约为0.5～5mV 。 ⑵开环差模电压放大倍数A od 集成运放在开环时(无外加反馈时)，输出电压与输入差模信号的电压之比称为开环差模电压放大倍数A od。它是决定运放运算精度的重要因素，常用分贝(dB) 表示，目前最高值可 达140dB(即开环电压放大倍数达107)。 ⑶共模抑制比K CMRR K CMRR 是差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，即K CMRR = A A od，其含义与差 动放大器中所定义的K CMRR 相同，高质量的运放K CMRR 可达160dB 。 ⑷差模输入电阻r id r id 是集成运放在开环时输入电压变化量与由它引起的输入电流的变化量之比，即从输入端看进去的动态电阻，一般为M Ω数量级，以场效应晶体管为输入级的r id 可达104M Ω。分析集成运放应用电路时，把集成运放看成理想运算放大器可以使分析简化。实际集成运放绝大部分接近理想运放。对于理想运放，A od、K CMRR 、r id 均趋于无穷大。 ⑸开环输出电阻r o r o 是集成运放开环时从输出端向里看进去的等效电阻。其值越小，说明运放的带负载能 力越强。理想集成运放r o趋于零。 其他参数包括输入失调电流I OS、输入偏置电流I B、输入失调电压温漂d UOS/d T 和输入失 调电流温漂d IOS/ d T、最大共模输入电压U Icmax、最大差模输入电压U Idmax 等，可通过器件