《集成运算放大器》课件

集成运算放大器集成运算放大器（简称运放）是现代电子技术中应用最广泛的一种基本电路单元，它具有高增益、高输入阻抗、低输出阻抗等特性概述放大信号数学运算广泛应用运算放大器是一种高增益放大器，可运算放大器可以进行各种数学运算，运算放大器在电子电路中广泛应用，以放大输入信号的幅度，并将其传输例如加法、减法、乘法、除法、积分例如信号放大、滤波、控制等到输出端和微分等运算放大器的历史年代19301真空管放大器年代19602晶体管放大器年代19703集成电路放大器什么是运算放大器运算放大器Operational Amplifier,简称Op-amp是一种高增益、直流放大器，通常用于模拟电路设计中它被广泛应用于各种电子系统，例如音频放大器、滤波器、信号调理电路等运算放大器可以处理各种信号，包括音频、视频、温度、压力等它可以进行信号放大、信号处理、信号比较等操作，因此是电子电路设计中必不可少的器件理想运算放大器的特性无限大开环增益无限大输入阻抗零输出阻抗无限带宽理想运放的开环增益为无理想运放的输入阻抗为无理想运放的输出阻抗为零，理想运放的带宽为无限大，限大，这意味着即使输入限大，意味着运放不会从这意味着运放可以驱动任这意味着运放可以放大任信号非常小，输出信号也输入端吸收电流何负载，不会造成电压降何频率的信号，而不会产会被放大到无限大生失真实际运算放大器的特性有限的开环增益输入偏置电压输入偏置电流有限的带宽实际运算放大器具有有限的实际运算放大器的两个输入实际运算放大器的输入端流实际运算放大器的频率响应开环增益，与理想运算放大端之间存在一个小的电压差，过微小的电流，称为输入偏有限，无法放大所有频率的器的无限增益相比，这会导称为输入偏置电压，这会导置电流，这会导致输出信号信号，这会导致高频信号失致输出信号失真致输出信号偏移变化真运算放大器的静态特性输入偏置电流输入偏置电压12静态情况下，运算放大器输入端为了使输出端处于输入端流过的电流称为输零电平而必须加上的电压入偏置电流称为输入偏置电压开环增益共模抑制比34运算放大器在无反馈的情运算放大器对差模信号的况下，输出电压与输入电增益与其对共模信号增益压之比，称为开环增益之比，称为共模抑制比输入偏置电流和偏置电压输入偏置电流指运算放大器输入端流入或流出的电流输入偏置电压指为了使运算放大器输出为零，需要在输入端施加的电压输入差模电压和共模电压21差模共模两个输入端电压之差两个输入端电压的平均值开环增益开环增益是指运算放大器在没有反馈的情况下，输出电压与输入电压之比理想情况下，开环增益无限大但实际上，开环增益会随着频率的增加而下降因此，运算放大器的工作频率范围有限共模抑制比10010高低CMRR CMRR高CMRR的运放能够有效抑制共低CMRR的运放可能会放大共模模信号信号输入输出阻抗/输入阻抗运算放大器输入端的等效阻抗输出阻抗运算放大器输出端的等效阻抗运算放大器的动态特性带宽单位增益带宽运算放大器能够有效放大的频率单位增益带宽是指运算放大器增范围，称为带宽它表示频率响益为1时的带宽对于大多数运应曲线中增益下降到其最大值的算放大器，单位增益带宽是一个一半时的频率重要参数，因为它与带宽和开环增益相关联相位裕度稳定性相位裕度是在闭环系统中，当增运算放大器的稳定性是指它在闭益为1时，反馈信号与输入信号环系统中是否会产生振荡稳定之间的相位差它反映了系统的性主要取决于相位裕度，适当的稳定性，通常需要保持在一定的相位裕度可以确保系统的稳定范围内，以确保稳定运行性带宽和单位增益带宽带宽单位增益带宽运算放大器能够正常放大信号的频率范围当运算放大器的开环增益降至1（即0dB）时的频率相位裕度和稳定性相位裕度稳定性12是指在闭环增益为0dB时，是指系统在受到扰动后是系统相位滞后于180度的否能恢复到原来的状态差值相位裕度与稳定性3相位裕度越大，系统越稳定运算放大器的等效电路模型为了更好地分析和理解运算放大器的特性和工作原理，通常用等效电路模型来描述它等效电路模型将运算放大器简化为一些理想化的元件，如电压源、电流源、电阻等，方便我们进行电路分析和设计常用的等效电路模型包括开环增益模型、差分放大器模型、输入输出阻抗模型等，这些模型分别侧重于描述运算放大器的不同特性串联负反馈电路信号反馈输出信号的一部分被反馈到输入端负反馈反馈信号与输入信号反相闭环增益反馈回路改变了运算放大器的增益稳定性负反馈提高了运算放大器的稳定性并联负反馈电路123反馈信号反馈路径反馈类型反馈信号与输入信号并联反馈信号通过反馈网络回到输入端负反馈，即反馈信号与输入信号极性相反电压跟随器电压跟随器是一种特殊的运算放大器电路，它能够将输入电压信号直接复制到输出端电压跟随器的特点是输出电压等于输入电压，并且具有很高的输入阻抗和很低的输出阻抗，适合用于阻抗匹配和缓冲信号带电压增益的互补负反馈电路带电压增益的互补负反馈电路，是指在输出端同时使用正反馈和负反馈，以实现特定的功能这种电路设计往往用于高频放大器，可以提供更高的增益，并改善其稳定性该电路采用了一种“互补”的设计理念，通过将正反馈和负反馈结合，可以实现对信号的放大和整形应用电路实例反相放大电路输入信号反相电压增益可调广泛应用于信号处理输出信号与输入信号相位相反通过调整反馈电阻值，可以改变放大例如音频放大、信号滤波等倍数应用电路实例运算放大器积分电路电路原理应用场景积分运算电路利用运算放大器的高增益特性，将输入信号的积分电路在信号处理、控制系统、数据采集等领域有广泛应积分值输出通过RC积分网络，将输入信号转换成输出信用，例如滤波、波形整形、模拟信号处理等号的积分应用电路实例运算放大器微分电路运算放大器微分电路，用于产生输入信号的导数，具有对信号变化率的敏感性，可用于检测信号的尖峰或突变微分电路的输出电压与输入电压的变化率成正比，可用于信号处理、噪声抑制、波形整形等应用应用电路实例运算放大器加法电路运算放大器加法电路可以实现多个输入信号的加法运算该电路利用运算放大器的负反馈特性，将多个输入信号的加权和作为输出信号加法电路的应用十分广泛，例如在音频信号处理、图像处理等领域中用于信号叠加和混合应用电路实例运算放大器比较器电路运算放大器比较器电路是一个重要的应用电路，它可以用来比较两个电压的大小当输入电压大于参考电压时，输出电压为高电平；反之，输出电压为低电平比较器电路可以用于信号检测、过压保护、电压比较等应用例如，在温度控制系统中，可以利用比较器电路将温度传感器输出的电压与设定温度进行比较，从而控制加热或冷却装置应用电路实例仪表放大器仪表放大器是一种常用的运算放大器电路，它可以精确地放大微弱的差分信号，并具有高输入阻抗和低输出阻抗的特点，适用于传感器信号采集、信号处理等应用场景仪表放大器通常由三个运算放大器组成，其中两个用于放大差分信号，另一个用于提供共模抑制功能它可以实现高精度信号放大，并具有良好的共模抑制能力芯片集成运算放大器集成电路集成电路将多个电路元件集成在一个小型芯片上，提高了可靠性、减少了尺寸，并降低了成本集成运算放大器将运算放大器的各个电路模块集成在一个芯片上，使其功能更强大，结构更紧凑集成运算放大器广泛应用于各种电子设备中，如信号放大、滤波、信号处理等经典运放芯片和特殊用途运放经典运放芯片低噪声运放

741、LM

358、OP07等用于音频放大器，如OPA627高速运放轨到轨运放用于高频信号处理，如输出电压可达到电源轨电压，THS4501如LMP7721新型运算放大器低噪声运放高速运放低功耗运放在音频和精密测量应用中，低噪声性高速运放适用于高频应用，如数据采对于便携式设备和电池供电系统，低能至关重要这些运放专门设计以最集、通信和控制系统它们具有快速功耗是关键考虑因素这些运放设计小化噪声贡献，从而提高信号保真度响应时间和宽带宽为在低电流下运行，从而延长电池寿命总结运算放大器特性集成运算放大器是一种功能具有高增益、高输入阻抗、强大的模拟电路器件，广泛低输出阻抗等特性，可实现应用于各种电子系统各种信号处理功能应用广泛应用于放大、滤波、信号调理、比较、控制等领域。