运算放大器的放大电路

A. 运算放大器的工作原理

运算放大器的工作原理如下

1 运算放大器（OPAMP）

集成运算放大器有同向输入端和反向输入端，具体如下图所示；

5 总结

本文分析的运算放大器都是比较常用且简单的类型，当前只给出了如何计算输入和输出的关系，如果作为硬件设计人员，还需要关注更多的细节，更多运算放大器的指标，失调电压，温漂等等，笔者能力有限，无法进行分析，如果单纯作为读懂一般的运算放大电路还是够用的。

B. 集成运算放大器由哪些基本电路构成

不同的运放他的原理是不同的但基本的方框图是差不多的
集成运算放大器（integrated
operational
amplifier）简称集成运放，是由多级直接耦合放大电路组成的高增益模拟集成电路。它的增益高（可达60~180db），输入电阻大（几十千欧至百万兆欧），输出电阻低（几十欧），共模抑制比高（60~170db），失调与飘移小，而且还具有输入电压为零时输出电压亦为零的特点，适用于正，负两种极性信号的输入和输出。
模拟集成电路一般是由一块厚约0.2~0.25mm的p型硅片制成，这种硅片是集成电路的基片。基片上可以做出包含有数十个或更多的bjt或fet、电阻和连接导线的电路。
运算放大器除具有+、-输入端和输出端外，还有+、-电源供电端、外接补偿电路端、调零端、相位补偿端、公共接地端及其他附加端等。它的闭环放大倍数取决于外接反馈电阻，这给使用带来很大方便。
按照集成运算放大器的参数分类折叠
1）、通用型运算放大器
通用型运算放大器就是以通用为目的而设计的。这类器件的主要特点是价格低廉、产品量大面广，其性能指
标能适合于一般性使用。例ma741（单运放）、lm358（双运放）、lm324（四运放）及以场效应管为输入
级的lf356
都属于此种。它们是目前应用最为广泛的集成运算放大器。
2）、高阻型运算放大器
这类集成运算放大器的特点是差模输入阻抗非常高,输入偏置电流非常小,一般rid>（109~1012）w,iib
为
几皮安到几十皮安。实现这些指标的主要措施是利用场效应管高输入阻抗的特点,用场效应管组成运算放大
器的差分输入级。用fet
作输入级,不仅输入阻抗高,输入偏置电流低,而且具有高速、宽带和低噪声等优点,
但输入失调电压较大。常见的集成器件有lf356、lf355、lf347（四运放）及更高输入阻抗的ca3130、ca3140
等。
3）、低温漂型运算放大器
在精密仪器、弱信号检测等自动控制仪表中,总是希望运算放大器的失调电压要小且不随温度的变化而变
化。低温漂型运算放大器就是为此而设计的。目前常用的高精度、低温漂运算放大器有op-07、op-27、ad508
及由mosfet
组成的斩波稳零型低漂移器件icl7650
等。
4）、高速型运算放大器
在快速a/d
和d/a
转换器、视频放大器中,要求集成运算放大器的转换速率sr
一定要高,单位增益带宽bwg
一定要足够大,像通用型集成运放是不能适合于高速应用的场合的。高速型运算放大器主要特点是具有高的
转换速率和宽的频率响应。常见的运放有lm318、ma715
等,其sr=50~70v/ms,bwg>20mhz。
5）、低功耗型运算放大器
由于电子电路集成化的最大优点是能使复杂电路小型轻便,所以随着便携式仪器应用范围的扩大,必须使用
低电源电压供电、低功率消耗的运算放大器相适用。常用的运算放大器有tl-022c、tl-060c
等,其工作电
压为±2v~±18v,消耗电流为50~250ma。目前有的产品功耗已达微瓦级,例如icl7600
的供电电源为1.5v,
功耗为10mw,可采用单节电池供电。
6）、高压大功率型运算放大器
运算放大器的输出电压主要受供电电源的限制。在普通的运算放大器中,输出电压的最大值一般仅几十伏,
输出电流仅几十毫安。若要提高输出电压或增大输出电流,集成运放外部必须要加辅助电路。高压大电流集成运算放大器外部不需附加任何电路，即可输出高电压和大电流。例如d41集成运放的电源电压可达±150v，ua791集成运放的输出电流可达1a。

C. 电路如下图所示，运算放大器

这是运算放大制器的开环放大电路，因此放大倍数可认为为“∞”。因此，输入端的小信号输入也会造成运放输出饱和，即输出达到最大值，也就是运算放大器的电源电压值。

由于 ui=2V从反相输入端输入，所以运放的输出应为-12V；由于稳压二极管的导通，所以uo输出被钳位在0.6V。

D. 集成运算放大电路由几部分组成

集成运算放大电路由由输入级、中间级、输出级三部分组成。作用如下：

输入级：采用差分放大电路以消除零点漂移和抑制干扰；中间级：一般采用共发射极电路，以获得足够高的电压增益；输出级：一般采用互补对称功放电路，以输出足够大的电压和电流，其输出电阻小，负载能力强樱纯。

主要作用：输入级由差分式电路组成，利用它的电路对称性可提高整扒颂斗个电路的性能；中间电压放大级的主要作用是提高电压增益，它可由一级或多春磨级放大电路组成；输出级的电压增益为1，但能为负载提供一定的功率，电路有两个电源供电。

E. 电路入门之——运算放大器

运算放大器是一种可以进行数学运算的放大电路。运算放大器不仅可以通过增大或减小模拟输入信号来实现放大，还可以进行加减法以及微积分等运算。所以，运算放大器是一种用途广泛，又便于使用的集成电路。

如图1所示，运算放大器的电路符号有正相输入端Vin(+)和反相输入端Vin(-)两个输入引脚，以及一个输出引脚Vout。实际上运算放大器还有电源引脚(+电源、-电源)和偏移输入引脚等，在电路符号上没有表示出来。

运算放大器的主要功能是以高增益放大、输出2个模拟信号的差值。我们将放大2个输入电压差的运放称为差动放大器。当Vin(+)电压较高时，正向放大输出。当Vin(-)电压较高时，负向放大输出。此外，运算放大器还具有输入阻抗极大和输出阻抗极小的特征。即使输入信号的差很小，由于运算放大器有极高的放大倍数，所以，也会导致输出最大或最小电压值。因此，常常要加负反馈后使用。下面让我们来看一个使用了负反馈的放大器电路。

如图2所示，反相放大器电路具有放大输入信号并反相输出的功能。“反相”的意思是正、负号颠倒。这个放大器应用了负反馈技术。所谓负反馈，即将输出信号的一部分返回到输入，在图2所示电路中，象把输出Vout经由R2连接(返回)到反相输入端(-)的连接方法就是负反馈。

我们来看一下这个反相放大器电路的工作过程。运算放大器具有以下特点，当输出端不加电源电压时，正相输入端(+)和反相输入端(-)被认为施加了相同的电压，也就是说可以认为是虚短路。所以，当正相输入端(+)为0V时，A点的电压也为0V。根据欧姆定律，可以得出经过R1的I1=Vin/R1。另外，运算放大器的输入阻抗极高，反相输入端(-)中基本上没有电流。因此，当I1经由A点流向R2时，I1和I2电流基本相等。由以上条件，对R2使用欧姆定律，则得出Vout=-I1×R2。I1为负是因为I2从电压为0V的点A流出。换一个角度来看，当反相输入端(-)的输入电压上升时，输出会被反相，向负方向大幅度放大。由于这个负方向的输出电压经由R2与反相输入端相连，因此，会使反相输入端(-)的电压上升受阻。反相输入端和正相输入端电压都变为0V，输出电压稳定。

那么我们通过这个放大器电路中输入与输出的关系来计算一下增益。增益是Vout和Vin的比，即Vout/Vin=(-I1×R2)/(I1×R1)=-R2/R1。所得增益为-表示波形反相。在这个算公式中需要特别注意的地方是，增益仅由R1和R2电阻比决定。也就是说。我们可以通过改变电阻容易地改变增益。在具有高增益的运算放大器上应用负反馈，通过调整电阻值，就可以得到期望的增益电路。

与反相放大器电路相对，图3所御型示电路叫做正相放大器电路。与反相放大器电路最大的不同是，在正相放大器电路中，输入波形和输出波形的相位是相同的，以及输入信号是加在正相输入端(+)。与反相放大器电路相同的是，两个电路都利用了负反馈。

我们来看一下这个电路的工作过程。戚带首先，通过虚短路，正相输入端(+)和反相输入端(-)的电压都是Vin，即点A电压为Vin。根据欧姆定律，Vin=R1×I1。另外，运算放大器的两个输入端上基本没有电流，所以I1=I2。而Vout为R1与R2电压的和，即Vout=R2×I2+R1×I1。整理以上公式可得到增益G，即G=Vout/Vin=(1+R2/R1)。如果撤销这个电路中的R1，将R2电阻变为0Ω或者短路，则电路变为增益为1的电压跟随器。这种电路常用于阻抗变换和缓冲器中。

Comparator也可称为比较器，比较两个电压的大小，然后输出1(+侧的电源电压，图示为VDD)或0(-侧的电源电压)。比较器常常用于检测输入是否达到规定值。也可以用运算放大器来代替比较器，但一般情镇仔猜况下使用专用的比较器IC。比较器和运算放大器使用相同电路符号。

比较器电路如图4所示。我们来看一下这个电路的工作过程。首先应该注意，这个电路中没有正反馈也没有负反馈。放大Vin和VREF的差值，从Vout输出。例如，Vin大于VREF时，放大输出的Vout上升至+侧的电源电压，达到饱和。Vin小于VREF时，输出Vout下降至-侧电源电压达到饱和。通过这个动作，Vin和VREF的比较结果在Vout上输出。实际应用中，一般使图4电路上产生滞后(用于防止错误动作的电压领域)，如图5，Vin会产生一些噪波，但仍可稳定动作。

负反馈动作中，从输出返到输入的信号越大，则输出越小。于此相反，正反馈中，从输出返到输入的信号越大，则输入越大。当正反馈动作中增益大于1时，电路振荡。将这种振荡合理利用到电路中，就形成振荡电路。图6的不稳定多谐振荡器就是一个振荡电路。

+侧最大值VL和-侧最大值VL都是不稳定的，两个数值不断变化，因此称之为不稳定。我们来看看这个电路中的动作。首先，输出Vout经由R2反馈至正相输入端(+)，这是一个正反馈电路。然后在输入Vout上应用R3和C，这是一个积分电路。大家可能会觉得积分电路很难，实际上，我们可以将它简单理解为，输出在Vout上的电压的一部分，缓缓储存到电容器的一个过程电路。在初始状态中，通过正反馈电路Vout迅速增大并达到最大值(VL)。

然后，通过R3和C构成的积分电路，缓缓增加反相输入端(-)。经过一定时间，正相输入端(+)的电压超过反相输入端(-)电压，相当于在差动输入上输入负电压，则Vout在负侧上迅速增大达到-VL。Vout变为负，通过R3和C构成的积分电路，反相输入端(-)电压缓缓增大。经过一定时间后，反相输入端电压超过正相输入端(+)的电压，相当于在差动输入上输入了正电压，则Vout向正方向迅速变化。这个过程不断重复，在Vout交替出现VL和-VL，从而实现振荡电路动作。

F. 集成运算放大器的典型电路有哪些种

集成运算放大器的典型电路有：

1、反相比例运算电路

反向比例运算电路如图2所示。根据电路分析，这种电路的输出电压为

图5 微分器

图中Ri的作用是限制高频增益，使高频增益下降为Rf/Ri。只有当输入信号频率f<fc=1/(2πRiC)）时电路才起微分作用。