来自TI牛人写的运算放大器参数的详细解释和分析 - 电路设计论坛 -
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来自TI牛人写的运算放大器参数的详细解释和分析
22:44:46　　
1、 输入偏置电流和输入失调电流 ........................................................................................... 2
2、 如何测量输入偏置电流Ib，失调电流Ios ......................................................................... 6
3、 输入失调电压Vos 及温漂 ................................................................................................. 10
4、 运放噪声快速计算 ............................................................................................................. 14
5、 电源抑制比DC-PSRR .......................................................................................................... 18
6、 电源抑制比AC-PSRR .......................................................................................................... 19
7、 共模抑制比CMRR .............................................................................................................. 22
8、 共模抑制比CMRR 的影响 ................................................................................................. 25
9、 放大电路直流误差（DC error） ....................................................................................... 28
10、 放大电路直流误差（DC error）的影响因素 ............................................................... 29
11、 输入阻抗和输入电容 ..................................................................................................... 31
12、 输入电容Cin 的测量 ...................................................................................................... 33
13、 轨至轨输入（rail to rail input） .................................................................................... 35
14、 轨至轨输入_TI 的领先技术 ........................................................................................... 38
15、 开环增益Aol .................................................................................................................. 40
16、 增益带宽积（GBW）..................................................................................................... 43
17、 从开环增益曲线谈到运放稳定性 ................................................................................. 44
18、 压摆率(SR) ...................................................................................................................... 47
19、 全功率带宽(FPBW) ......................................................................................................... 50
20、 建立时间(Settling Time) ................................................................................................. 52
21、 总谐波失真(THD) ........................................................................................................... 53
22、 轨至轨(rail to rail)输出 ................................................................................................... 55
23、 输出短路电流 ................................................................................................................. 57
24、 输出阻抗Ro 和Rout ...................................................................................................... 58
25、 运放的热阻 ..................................................................................................................... 62
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23:39:45　　
建议所有做模拟电路的工程师都读一读，非常实用的描述，没有冗长得让人发困的段落。
大致浏览了一遍，在第17页中提到一个关于运放噪声更详细的文档。几年前我在EDN(?)上copy&past下来过，顺便放在这里。有兴趣最好去下官方的文档，可能会有一些更新。
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00:15:53　　
建议所有做模拟电路的工程师都读一读，非常实用的描述，没有冗长得让人发困的段落。
大致浏览了一遍，在第1 ...
期待你能分享更多精彩的帖子给大家
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谢谢分享！！！！！
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不错，O(∩_∩)O谢谢
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永和九年，岁在癸丑。
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虽然我不是做模拟的，但我仍然非常感动。一个个指标，一个个参数，都讲的那么细致。我想这也许就是我们至今没有做出高质量模拟器件的主要原因吧。我们很勤奋，加班也很多，但是没有几个接口标准是由我们制定出来的。至今没有造出一个像样的AD转换器。除了勤奋和加班，应该还有严谨，细致，坚持吧。
CellWise周军
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运算放大器论文（一）
计算机系 班别：
0９９软件 姓名：
陈柏良 指导老师：
2010-１１－１
集成运算放大器
一、集成运放的基本组成及功能
1、电路符号
运算电路符号图放大器
对于运算电路符号放大器见右图，其中：
：非反相输入
：反相输入
2、基本组成： 典型的组成框图
以F007为例介绍各部分组成：P225，图4.3.2
（1）、输入级：由差分放大器，有源负载为主要组成，任务是：放大、双入一单出，具有很高的输入阻抗以及很高的增益。
（2）、中间级：由复合管共射放大电和及有源负载组成。任务是：放大与输入级相配合，使电压增益做到10万倍。
(3)、输出级：互衬对称功率放大器及过载保护电路所组成，任务：实现功率放大。
(4)、偏置电路：由镜像电源源和微电流源电路组成。任务是：同时为输入级、中间级和输出级提供所需要的偏流。
2、功能：高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻、直接耦合多级放大。不仅用于数字运算，更是一种通用放大电路集成器件，用途很广。
二、运放的基本原理
1、运算放大器原理
运算放大器（Operational Amplifier,简称OP、OPA、OPAMP）是一种直流耦合﹐差模（差动模式）输入、通常为单端输出（Differential-in, single-ended output）的高增益（gain）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 一个正输入端(OP_P)、一个负输入端(OP_N)和一个输出端(OP_O)。
图1-2开环回路运算放大器
通常使用运算放大器时，会将其输出端与其反相输入端（inverting input node）连接，形成一负反馈（negative feedback）组态。原因是运算放大器的电压增益非常大，范围从数百至数万倍不等，使用负反馈方可保证电路的稳定运作。但是这并不代表运算放大器不能 连接成正回馈（positive feedback），相反地，在很多需要产生震荡讯号的系统中，正回馈组态的运算放大器是很常见的组成元件。
开环回路运算放大器如图1-2。当一个理想运算放大器采用开回路的方式工作时，其输出与输入 电压的关系式如下：
Vout = ( V+ -V-) * Aog
其中Aog代表运算放大器的开环回路差动增益（open-loop differential gai由于运算放大器的开环回路增益非常高，因此就算输入端的差动讯号很小，仍然会让输出讯号「饱和」（saturation），导致非线性的失真出现。 因此运算放大器很少以开环回路出现在电路系统中，少数的例外是用运算放大器做比较器（comparator），比较器的输出通常为逻辑准位元的「0」与 「1」。
闭环负反馈
将运算放大器的反向输入端与输出端连接起来，放大器电路就处在负反馈组态的状况，此时通常可 以将电路简单地称为闭环放大器。闭环放大器依据输入讯号进入放大器的端点，又可分为反相（inverting）放大器与非反相（non- inverting）放大器两种。
反相闭环放大器如图1-3。假设这个闭环放大器使用理想的运算放大器，则因为其开环增益为无 限大，所以运算放大器的两输入端为虚接地（virtual ground），其输出与输入电压的关系式如下：
Vout = -(Rf / Rin) * Vin
图1-3反相闭环放大器
图1-4非反相闭环放大器
非反相闭环放大器如图1-4。假设这个闭环放大器使用理想的运算放大器，则因为其开环增益为 无限大，所以运算放大器的两输入端电压差几乎为零，其输出与输入电压的关系式如下：
Vout = ((R2 / R1) + 1) * Vin
闭环正回馈
将运算放大器的正向输入端与输出端连接起来，放大器电路就处在正回馈的状况，由于正回馈组态 工作于一极不稳定的状态，多应用于需要产生震荡讯号的应用中。 理想运放和理想运放条件
在分析和综合运放应用电路时，大多数情况下，可以将集成运放看成一个理想运算放大器。理想运 放顾名思义是将集成运放的各项技术指标理想化。由于实际运放的技术指标比较接近理想运放，因此由理想化带来的误差非常小，在一般的工程计算中可以忽略。
理想运放各项技术指标具体如下：
1．开环差模电压放大倍数Aod = ∞； 2．输入电阻Rid = ∞；输出电阻Rod =0 3．输入偏置电流IB1=IB2=0 ；
4．失调电压UIO 、失调电流IIO 、失调电压温漂、失调电流温漂
5．共模抑制比CMRR = ∞；； 6．-3dB带宽fH = ∞
； 7．无内部干扰和噪声。
2、运放的线性应用
运放的应用首先是构成各种运算电路，在运算电路中，以输入电压自变量，以输出电压作为函数，当输入电压发生变化时，输出电压反映输入电压某种运算的结果，因此，运放必须工作在线性区，在深度负反馈条件下，利用反馈网络可以实现各种数学运算。
本节中的运放都是理想运放，就是说在分析时，注意使用“虚断”“虚短”概念。
三、运放构成的基本电路 1 .比例运算电路 反相比例运算电路
·平衡电阻――使两个差分对管基极对地的电阻一致，故R2的阻值为
R2＝R1//RF
反相比例运算电路
·虚地概念
运放的反相输入端电位约等于零，如同接地一样。“虚地”是反相比例运算电路的一个重要特点。
可求得反相比例运算放大电路的输出电压与输入电压的关系为
由于同相输入端接地，反相输入端为“虚地”，因此反相比例运算电路没有共模输入信号，故对运放的共模抑制比要求相对比较低。
图-23 同相比例运算电路
（2）. 同相比例运算电路
同相比例运算电路见图-23a，利用“虚断”的概念有
利用“虚短”的概念有
vN-vovi-vo
最后得到输出电压的表达式
由于是串联反馈电路，所以输入电阻很大，理想情况下Ri=∞。由于信号加
在同相输入端，而反相端和同相端电位一样，所以输入信号对于运放是共模信号，这就要求运放有好的共模抑制能力。
若将反馈电阻Rf和R1电阻去掉，就成为图6-23b所示的电路，该电路的输出全部反馈到输入端，是电压串联负反馈。有R1=∞、Rf=0可知vo=vi ，就是输出电压跟随输入电压的变化，简称电压跟随器。
由以上分析，在分析运算关系时，应该充分利用“虚断”“虚短”概念，首先列出关键节点的电流方程，这里的关键节点是指那些于输入输出电压产生关系的节点，例如运放的同相、反相节点，最后对所列表达式进行整理得到输出电压的表达式。 2.、加法电路
加法电路的输出量是多个输入量相加，用运放实现加法运算时，可以采用反相输入方式，也可以采用同相输入方式。
（1）．反相输入加法电路
利用“虚短”和“虚断”，即i＋＝i－＝0、u＋＝u－＝0可得
i1＋i2＋i3＝iF
由于同相端接地，故反相端为“虚地”。上式可写为
即电路可完成下列数学运算
y＝－（a1x1＋a2x2＋a3x3）
从同相端与反相端外接电阻必须平衡的条件出发，同相输入端电阻为
＝R1//R2//R3//RF
（2）．同相输入加法电路
可以看出同相输入加法电路是同相比例运算电路的扩展。由同相比例运
算电路式（5-1-5）可得出
利用叠加定理，可求出u+与uI1、uI2、uI3
之间的关系
则输出电压为
根据输入端外接电阻应该平衡的要求，有R－＝R＋。即当
（5-1-14）
同相输入加法电路
上式与反相输入加法电路式（5-1-11）形式上相似，只差一个负号。但是上式是在
R－＝R＋的条件下得出的。而R＋与各输入回路的电阻都有关系，因此，当改变某一回路的电阻值时，其它各路电压的关系也将随之改变。所以在外接电阻的选配上，即要考虑各个运算比例系数的关系，又要使外接电阻平衡，计算和调节都比较麻烦，不如反相输入的加法电路方便。另外由于不存在“虚地”，
运放的共模输入电压为uC＝u＋＝u－，运放承受的共模输入电压比较高。在实际应用中，同相输入加法电路不如反相输入加法电路的应用广泛。
3. 减法运算电路
要实现减法运算，可以有两种方案：一种是将输入信号其中的一个反相，然后再用加法电路相加。这种方案需要两级运算电路。另一种是应用差动输入运算电路直接相减。
（1）．由两级运放组成的减法运算电路
图5-1-10所示为由两级运放组成的反相输入减法电路。利用“虚短”和
“虚断”条件可求得
由此可得整个运算电路的输出电压uO
与各输入电压间的关系为
反相输入减法运算电路
反相输入减法电路的特点是反相输入端为“虚地”，因此对运放的共模抑制比要求低，同时各电阻值的计算和调整方便，但输入电阻较低。另一种减法电路为同相输入减法电路如图5-1-11
图5-1-11 同相输入减法电路
（5-1-17）
由图5-1-11可以看出，后级运放相当于差分输入比例运算电路。将输入信号uI1和uI2分为差模部分uID和共模部分uIC
，即则式（5-1-17）变为
为了抑制共模部分，必须使
（5-1-18）
该电路有很高的输入电阻。为了提高抑制共模信号的能力，要求运放具有较高的共模抑制比。此外，应严格选配电阻。
（2）．利用差分输入的减法电路
电路如图5-1-12所示，利用叠加定理即可以很方便的求出输出与输入间的
差分输入减法电路
令同相端输入信号为零，得
再令反相端输入信号为零，得
其中，R＋＝R3//R4//
，R—＝R1//R2//RF。
在外接平衡电阻R＋＝R—
（5-1-19）
本电路由于是差分输入，故电路中没有虚地点，电路输入端存在共模电压，应选用共模抑制比较高的运放。
4、积分运算电路
积分电路如图7.9所示
类比反相比例运算电路，积分电路把反馈支路上的电阻 R f 用电容代替。由于电容两端电压 U c 与流过电容的电流 I c 之间存在着积分关系，即 U c = 1 C ∫ I c dt ，因此可以作为用作积分电路。
（1）分析 根据虚短和虚断有
U i -0 R = 0- U o / jωC ， 所以有
U o =- 1 RC ∫ U i dt 。
若在开始积分之前，电容两端已经存在一个初始电压，则积分电路将有一个初始的输出电压 U o (0) ，此时
U o =- 1 RC ∫ U i dt+ U o (0) 。 （2）应用
若输入电压为恒定电压时, 如图7.10所示 U o =- 1 RC ∫ U i dt=- U i RC t
电容将以近似恒流方式进行充电。
结论：积分时间常数为 τ=RC ，当 t=τ 时， U o =- U i 。当 t>τ 时，输出继续增加，直到 U o =- U opp 饱和状态，输出不变，而停止积分。
（3）积分电路中的误差
a.由于集成运放不理想使输出有误差，并有可能使输出波形滞后。
b.由于积分电容不够理想使电容有泄漏电的现象或电容有吸附效应等都会使积分电路出现误差。
5、微分电路
微分电路如图7.12所示
类比积分电路，微分电路把反馈支路上的电容与反相输入端的电阻交换位置。利于流过电容的电流 I c 与电容两端电压 U c 之间存在着微分关系，即 I c =C d U c dt ，因此可以作为用作微分电路。
(1)分析：由电路图可知 I c =C d U c dt 及 0- U o = I R R=RC d U c dt ；又由 U c = U i ，
所以 U o =-RC d U i dt 。
（2）应用：微分电路可以作为波形转换电路，可以将矩形波变换为尖脉冲，也可以作为移相电路，若输入为正弦波时，输出就为负的余弦波，也就是说输出波形比输入波形滞后 90° 。
6、对数运算电路
二极管电压电流间方程为
即输出电压与输入电压的对数成正比。 7.指数电路
指数电路如图7.14所示
利用三极管输入回路的电流与电压关系，即 I E = I S ( e qU BE KT -1)= I S ( e U BE U T -1) ，
类比对数电路，可以推导出指数电路的输入输出关系 U o =- I S R? e U i U T
存在问题：同对数电路一样，运算受温度的影响很大。
8、乘法和除法运算电路
乘法和除法电路可以对两个输入模拟信号实现乘法和除法运算。它们可以由对数、加法或减法、指数等电路组合而成。也有单片集成模拟乘法器，目前应用较多的是单片集成模拟乘法器。
乘法电路的输出信号正比与两个输入信号的乘积，即
uO＝uI1uI2
上式取对数得
lnuO＝ln（uI1uI2）＝lnuI1＋lnuI2 或
同理，除法电路的输出信号是两个输入信号相除，即
9、电压比较器
电压比较器是根据理想集成运放工作在非线性区的特点： （1） U + > U - 时， U o = U opp ； （2） U + < U - 时， U o =- U opp ；
（3） U + = U - 时， U o 发生跳变，这时对应的输入电压叫做门限电平，记为 U T 。 根据门限电平的多少，可以将电压比较器分为单限比较器和多限比较器。单限比较器中门限电平为零的比较器叫做过零比较器。
1、 单限比较器 （1）.过零比较器
过零比较器是把零作为门限电平的一种特殊的单限比较器。如图7.28所示。
U - 时， U o = U opp ； （2） U i >0 ，即 U + < U - 时， U o =- U opp ； 从而得到输入输出特性曲线。如图7.28。
可以看出，在 U i =0 时， U o 发生跳变，因此， U T =0 ，就是门限电平。
由于这个过零比较器使集成运放工作在饱和区，仅输出集成运放的最大电压，不方便使用，也对集成运放造成较大的伤害，减短集成运放的使用寿命，常用以下两种电路的过零比较器对输出进行限幅，如图图7.29所示。
这两种接法都可以使集成运放输出电压限制在 U z 和 - U z 。 （2）.单限比较器
如果把门限电平设置为非零的数，则组成单限比较器。如图7.30所示。
当 U + = U - 时， U o 发生跳变。此时对应单限比较器的门限电平。 由图可得 U + =0 ， U - = R 2 R 1 + R 2 U i + R 1 R 1 + R 2 U REF 。
因此，可求得门限电平为 U T = U i =- R 1 R 2 U REF 。其输入输出特性曲线如图7.30所示。
2、 多限比较器 （1）.滞回比较器
当输入电压波形如图7.31所示时，单限比较器会产生什么结果呢？
也就是说当 U i 在门限电平附近频繁变化（或者有干扰）时，输出电压就会出现不停的跳变，这对较为灵敏的仪器来说比较适用，但作为控制开关是十分不利的，容易烧毁开关电源。因此就需要设计一种抗干扰能力强、输出对输入反应不太灵敏的比较器，这就是滞回比较器。如图7.32所示。
输入端： U - = U i ；
若 t=0 时刻 U o =+ U z ，则 U + = R 2 R 2 + R f U z + R f R 2 + R f U REF ；当 U + = U - 时发生跳变，此门限电平为 U T+ = R 2 R 2 + R f U z + R f R 2 + R f U REF ；
若 t=0 时刻 U o =- U z ，则 U + = R 2 R 2 + R f (- U z )+ R f R 2 + R f U REF ；当 U + = U - 时发生跳变，此门限电平为 U T- = R f R 2 + R f U REF - R 2 R 2 + R f U z 。
由此我们得到两个门限电平，它们的差称为门限宽度或者回差，记作
Δ U T = U T+ - U T- = 2 R 2 R 2 + R f U z
可以据此画出滞回比较器的输入输出特性曲线，如图7.32所示。
从图上看出，门限宽度只与 R 2 、 R f 、 U z 有关，当 U REF 改变时，输入输出特性曲线仅向左或向右平移，宽度不变。
回顾本节开头的问题，我们用滞回比较器解决后看一看输出情况（如图7.33所示）：
这样的比较器输出经常用于抗干扰能力强的电路中。 （2）.双限比较器
可以用两个单限比较器组成一个双限比较器，如图7.34所示。
设 U REF1 > U REF2
（1） U i < U REF2 时， VD 1 截止、 VD 2 导通， U o 有输出，为高电平；
（2） U REF2 < U i < U REF1 时， VD 1 、 VD 2 都截止， U o 没输出，为低电平；
（3） U i > U REF1 时， VD 1 导通、 VD 2 截止， U o 有输出，为高电平。
据此画出输入输出特性曲线如图7.34所示。由输入输出特性曲线可知，当输入信号在区间 U REF1 ~ U REF2 之间时，输出为低电平，其余均为高电平。
推广：用多个单限比较器就可以组成多限比较器。
·基本电路的问题
由于二极管本身电流电压间的关系并不是严格的指数特性，故上述基本对数运算电路并不精确。在小信号输入时，uD
值小，不能满足
范文七：运算放大器应用
§8.1 比例运算电路
8.1.1 反相比例电路
1. 基本电路
电压并联负反馈输入端虚短、虚断
反相端为虚地，所以共模输入可视为0，对运放共模抑制比要求低
输出电阻小，带负载能力强
要求放大倍数较大时，反馈电阻阻值高，稳定性差。
如果要求放大倍数100，R1=100K，Rf=10M 2. T型反馈网络
虚短、虚断
8.1.2 同相比例电路
1. 基本电路：电压串联负反馈
输入端虚短、虚断
输入电阻高，输出电阻小，带负载能力强
V-=V+=Vi，所以共模输入等于输入信号，对运放的共模 抑制比要求高 2. 电压跟随器
输入电阻大输出电阻小，能真实地将输入信号传给负载而从信号源取流很小
§8.2 加减运算电路
8.2.1 求和电路
1. 反相求和电路
虚短、虚断
特点：调节某一路信号的输入电阻不影响其他路输入与输出的比例关系
2. 同相求和电路
虚短、虚断
8.2.2 单运放和差电路
8.2.3 双运放和差电路
例1:设计一加减运算电路
设计一加减运算电路，使 Vo=2Vi1+5Vi2-10Vi3
解：用双运放实现
如果选Rf1=Rf2=100K，且R4= 100K
则：R1=50K
平衡电阻 R3= R1// R2// Rf1=12.5K
R6=R4//R5//Rf2= 8.3K 例2:如图电路，求Avf，Ri
§8.3 积分电路和微分电路
8.3.1 积分电路
电容两端电压与电流的关系：
积分实验电路
积分电路的用途
将方波变为三角波（Vi：方波，频率500Hz，幅度1V）
将三角波变为正弦波（Vi：三角波，频率500Hz，幅度1V）
（Vi：正弦波，频率500Hz，幅度1V）
思考：输入信号与输出信号间的相位关系？
（Vi：正弦波，频率200Hz，幅度1V）
思考： 输入信号频率对输出信号幅度的影响？
积分电路的其它用途：
去除高频干扰
将方波变为三角波
在模数转换中将电压量变为时间量
§8.3 积分电路和微分电路
8.3.2 微分电路
微分实验电路
把三角波变为方波
（Vi：三角波，频率1KHz，幅度0.2V）
输入正弦波
（Vi：正弦波，频率1KHz，幅度0.2V）
思考：输入信号与输出信号间的相位关系？
（Vi：正弦波，频率500Hz，幅度1V）
思考：输入信号频率对输出信号幅度的影响？
§8.4 对数和指数运算电路
8.4.1 对数电路
对数电路改进
基本对数电路缺点：
运算精度受温度影响大；
小信号时exp(VD/VT)与1差不多大，所以误差很大；
二极管在电流较大时伏安特性与PN结伏安特性差别较大，所以运算只在较小的电流范围内误差较小。
改进电路1：用三极管代替二极管
电路在理想情况下可完全消除温度的影响
改进电路3：实用对数电路
如果忽略T2基极电流， 则M点电位：
8.4.2 指数电路
1. 基本指数电路
2. 反函数型指数电路
电路必须是负反馈才能正常工作，所以：
§8.5 乘除运算电路
8.5.1 基本乘除运算电路
1. 乘法电路
乘法器符号
同相乘法器
反向乘法器
2. 除法电路
8.5.2. 乘法器应用
1. 平方运算和正弦波倍频
如果输入信号是正弦波：
只要在电路输出端加一隔直电容，便可得到倍频输出信号。
2. 除法运算电路
注意：只有在VX2>0时电路才是负反馈
负反馈时，根据虚短、虚断概念：
3. 开方运算电路
输入电压必须小于0，否则电路将变为正反馈。
两种可使输入信号大于0的方案：
3. 调制（调幅）
4. 压控增益
乘法器的一个输入端接直流电压（控制信号），另一个接输入信号，则输出信号与输入信号之比（电压增益）成正比。 V0=KVXvY
电流-电压变换器
可见输出电压与输入电流成比例。
输出端的负载电流：
电流-电压变换电路
若Ｒl固定，则输出电流与输入电流成比例，此时该电路也可视为电流放大电路。
电压-电流变换器
负载不接地
由负载不接地电路图可知：
所以输出电流与输入电压成比例。
对负载接地电路图电路，R1和R2构成电流并联负反馈；R3、R4和RL构成构成电压串联正反馈。
1. 当分母为零时， iO →∞，电路自激。
2. 当R2 /R1 =R3 /R4时, 则：
说明iO与VS成正比 , 实现了线性变换。
电压-电流和电流-电压变换器广泛应用于放大电路和传感器的连接处，是很有用的电子电路。
§8.6 有源滤波电路
8.6.1 滤波电路基础知识
一. 无源滤波电路和有源滤波电路
无源滤波电路: 由无源元件 ( R , C , L ) 组成
有源滤波电路: 用工作在线性区的集成运放和RC网络组称，实际上是一种具有特定频率响应的放大器。有源滤波电路的优点, 缺点: 请看书。
二. 滤波电路的分类和主要参数
1. 按所处理的信号可分为模拟的和数字的两种；
2. 按所采用的元器件可分为有源和无源；
3. 按通过信号的频段可分为以下五种:
a. 低通滤波器( LPF )
Avp: 通带电压放大倍数
fp: 通带截至频率
过渡带: 越窄表明选频性能越好,理想滤波器
没有过渡带
b. 高通滤波器( HPF )
c. 带通滤波器( BPF )
d. 带阻滤波器( BEF )
e. 全通滤波器( APF )
4. 按频率特性在截止频率fp附近形状的不同可分为Butterworth , Chebyshev 和 Bessel等。
理想有源滤波器的频响：
滤波器的用途
滤波器主要用来滤除信号中无用的频率成分，例如，有一个较低频率的信号，其中包含一些较高频率成分的干扰。滤波过程如图所示。
§8.6 有源滤波电路
8.6.2 低通滤波电路 ( LPF )
低通滤波器的主要技术指标
（1）通带增益Avp
通带增益是指滤波器
在通频带内的电压放大
倍数，如图所示。性能
良好的LPF通带内的幅
频特性曲线是平坦的，
阻带内的电压放大倍数
基本为零。
（2）通带截止频率fp
其定义与放大电路的上限截止频率相同。通带与阻带之间称为过渡带，过渡带越窄，说明滤波器的选择性越好。
8.6.2.1 一阶低通滤波电路 ( LPF )
一. 电路构成
组成：简单RC滤波器同相放大器特点：│Avp │ >0，带负载能力强缺点：阻带衰减太慢，选择性较差。
二. 性能分析
有源滤波电路的分析方法:
1.电路图→电路的传递函数Av(s)→频率特性Av(jω)
2. 根据定义求出主要参数
3. 画出电路的幅频特性
一阶LPF的幅频特性
8.6.2.2 简单二阶 LPF
一. 电路构成
组成: 二阶RC网络同相放大器
通带增益：
二. 主要性能
1. 传递函数:
2.通带截止频率:
3.幅频特性:
特点：在 f>f0 后幅频特性以-40dB/dec的速度下降； 缺点：f=f0 时，放大倍数的模只有通带放大倍数模的三分之一。
8.6.2.3 二阶压控电压源 LPF
二阶压控电压源一般形式
二阶压控电压源LPF
分析：Avp同前
对节点 N , 可以列出下列方程：
联立求解以上三式，可得LPF的传递函数：
上式表明，该滤波器的通带增益应小于3，才能保障电路稳定工作。
当Avp≥3时，Q =∞，有源滤波器自激。由于将 接到输出端，等于在高频端给LPF加了一点正反馈，所以在高频端的放大倍数有所抬高，甚至可能引起自激。
二阶压控电压源LPF的幅频特性：
巴特沃思（压控）LPF
Q=0.707 fp=f0=100Hz
§8.6 有源滤波电路
8.6.2.4 无限增益多路反馈滤波器
无限增益多路反馈有源滤波器一般形式，要求集成运放的开环增益远大于60DB
无限增益多路反馈LPF
由图可知：
对节点N , 列出下列方程：
通带电压放大倍数
频率响应为：
巴特沃思（无限增益）LPF
Q=0.707 fp=f0=1000Hz
8.6.3 高通滤波电路 ( HPF ) 8.6.3.1 HPF与LPF的对偶关系
1. 幅频特性对偶(相频特性不对偶)
2. 传递函数对偶 低通滤波器传递函数
高通滤波器传递函数
HPF与LPF的对偶关系
3. 电路结构对偶
波作用的电容换成电阻
将起滤波作用的电阻换成电容
低通滤波电路
高通滤波电路
8.6.3.2 二阶压控电压源HPF
二阶压控电压源LPF
二阶压控电压源HPF
电路形式相互对偶
二阶压控电压源HPF
二阶压控电压源HPF
二阶压控电压源HPF幅频特性：
8.6.3.3 无限增益多路反馈HPF
无限增益多路反馈LPF
无限增益多路反馈HPF
8.6.4 带通滤波器(BPF)
BPF的一般构成方法：
优点:通带较宽,通带截至频率容易调整
缺点:电路元件较多
一般带通滤波电路
二阶压控电压源BPF
二阶压控电压源一般形式
二阶压控电压源BPF
RC选定后,改变R1和Rf即可改变频带宽度
二阶压控电压源BPF仿真电路
8.6.5 带阻滤波器(BEF)
BEF的一般形式
缺点:电路元件较多且HPF与LPF相并比较困难。基本BEF电路
无源带阻(双T网络) 双T带阻网络
双T带阻网络
二阶压控电压源BEF电路
正反馈,只在f0附近起作用
二阶压控电压源BEF仿真电路
要求二阶压控型LPF的 f0=400Hz , Q值为0.7，试求电路中的电阻、电容值。
解：根据f0 ，选取C再求R。
1. C的容量不易超过 。 因大容量的电容器体积大， 价格高，应尽量避免使用。 取
计算出：R=3979Ω 取R=3.9KΩ
2．根据Ｑ值求和，因为时，根据与、的关系，集成运放两输入端外接电阻的对称条件
根据 与R1 、Rf 的关系，集成运放两输入端外接电阻的对
例题1仿真结果
例题与习题2
例题与习题2仿真结果
例题与习题3
例题与习题3仿真结果
例题与习题4
例题与习题4仿真结果
vo1 :红色 vo :蓝色
范文八：运算放大器
放大器的作用：
1、能把输入讯号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。用在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中。
原理:高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。
高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出在“低频电子线路”课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同，
运算放大器原理 运算放大器原理
运算放大器（Operational Amplifier,简称OP、OPA、OPAMP）是一种直流耦合﹐差模（差动模式）输入、通常为单端输出（Differential-in, single-ended output）的高增益（gain）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正输入端(OP_P)、一个负输入端(OP_N)和一个输出端(OP_O)。
通常使用运算放大器时，会将其输出端与其反相输入端（inverting input node）连接，形成一负反馈（negative feedback）组态。原因是运算放大器的电压增益非常大，范围从数百至数万倍不等，使用负反馈方可保证电路的稳定运作。但是这并不代表运算放大器不能连接成正回馈（positive feedback），相反地，在很多需要产生震荡讯号的系统中，正回馈组态的运算放大器是很常见的组成元件。
图1-2开环回路运算放大器
开环回路运算放大器如图1-2。当一个理想运算放大器采用开回路的方式工作时，其输出与输入电压的关系式如下：
Vout = ( V+ -V-) * Aog
其中Aog代表运算放大器的开环回路差动增益（open-loop differential gai由于运算放大器的开环回路增益非常高，因此就算输入端的差动讯号很小，仍然会让输出讯号「饱和」（saturation），导致非线性的失真出现。因此运算放大器很少以开环回路出现在电路系统中，少数的例外是用运算放大器做比较器（comparator），比较器的输出通常为逻辑准位元的「0」与「1」。
闭环负反馈
将运算放大器的反向输入端与输出端连接起来，放大器电路就处在负反馈组态的状况，此时通常可以将电路简单地称为闭环放大器。闭环放大器依据输入讯号进入放大器的端点，又可分为反相（inverting）放大器与非反相（non-inverting）放大器两种。
反相闭环放大器如图1-3。假设这个闭环放大器使用理想的运算放大器，则因为其开环增益为无限大，所以运算放大器的两输入端为虚接地（virtual ground），其输出与输入电压的关系式如下：
Vout = -(Rf / Rin) * Vin
图1-3反相闭环放大器
非反相闭环放大器如图1-4。假设这个闭环放大器使用理想的运算放大器，则因为其开环增益为无限大，所以运算放大器的两输入端电压差几乎为零，其输出与输入电压的关系式如下：
Vout = ((R2 / R1) + 1) * Vin
图1-4非反相闭环放大器
闭环正回馈
将运算放大器的正向输入端与输出端连接起来，放大器电路就处在正回馈的状况，由于正回馈组态工作于一极不稳定的状态，多应用于需要产生震荡讯号的应用中。 理想运放和理想运放条件
在分析和综合运放应用电路时，大多数情况下，可以将集成运放看成一个理想运算放大器。理想运放顾名思义是将集成运放的各项技术指标理想化。由于实际运放的技术指标比较接近理想运放，因此由理想化带来的误差非常小，在一般的工程计算中可以忽略。
理想运放各项技术指标具体如下：
1．开环差模电压放大倍数Aod = ∞；
2．输入电阻Rid = ∞；输出电阻Rod =0
3．输入偏置电流IB1=IB2=0 ；
4．失调电压UIO 、失调电流IIO 、失调电压温漂、失调电流温漂均为零；
5．共模抑制比CMRR = ∞；；
6．-3dB带宽fH = ∞
7．无内部干扰和噪声。
实际运放的参数达到如下水平即可以按理想运放对待：
电压放大倍数达到104～105倍；输入电阻达到105Ω；输出电阻小于几百欧姆； 外电路中的电流远大于偏置电流；失调电压、失调电流及其温漂很小，造成电路的漂移在允许范围之内，电路的稳定性符合要求即可；输入最小信号时，有一定信噪比，共模抑制比大于等于60dB；带宽符合电路带宽要求即可。
运算放大器中的虚短和虚断含意
理想运放工作在线性区时可以得出二条重要的结论：
因为理想运放的电压放大倍数很大，而运放工作在线性区，是一个线性放大电路，输出电压不超出线性范围（即有限值），所以，运算放大器同相输入端与反相输入端的电位十分接近相等。在运放供电电压为±15V时，输出的最大值一般在10～13Ｖ。所以运放两输入端的电压差，在1mV以下，近似两输入端短路。这一特性称为虚短，显然这不是真正的短路，只是分析电路时在允许误差范围之内的合理近似。
由于运放的输入电阻一般都在几百千欧以上，流入运放同相输入端和反相输入端中的电流十分微小，比外电路中的电流小几个数量级，流入运放的电流往往可以忽略，这相当运放的输入端开路，这一特性称为虚断。显然，运放的输入端不能真正开路。
运用“虚短”、“虚断”这两个概念，在分析运放线性应用电路时，可以简化应用电路的分析过程。运算放大器构成的运算电路均要求输入与输出之间满足一定的函数关系，因此均可应用这两条结论。如果运放不在线性区工作，也就没有“虚短”、“虚断”的特性。如果测量运放两输入端的电位，达到几毫伏以上，往往该运放不在线性区工作，或者已经损坏。
输入失调电压UIO
一个理想的集成运放，当输入电压为零时，输出电压也应为零（不加调零装置）。但实际上集成运放的差分输入级很难做到完全对称，通常在输入电压为零时，存在一定的输出电压。输入失调电压是指为了使输出电压为零而在输入端加的补偿电压。实际上是指输入电压为零时，将输出电压除以电压放大倍数，折算到输入端的数值称为输入失调电压,即
UIO的大小反应了运放的对称程度和电位配合情况。UIO越小越好，其量级在2mV~20mV之间，超低失调和低漂移运放的UIO一般在1μV~20μV之间
输入失调电流IIO
当输出电压为零时，差分输入级的差分对管基极的静态电流之差称为输入失调电流IIO ，即
由于信号源内阻的存在，IIO的变化会引起输入电压的变化，使运放输出电压不为零。IIO愈小，输入级差分对管的对称程度越好，一般约为1nA~0.1μA。
输入偏置电流IIB
集成运放输出电压为零时，运放两个输入端静态偏置电流的平均值定义为输入偏置电流，即
从使用角度来看，偏置电流小好，由于信号源内阻变化引起的输出电压变化也愈小，故输入偏置电流是重要的技术指标。一般IIB约为1nA~0.1μA。
输入失调电压温漂△UIO/△T
输入失调电压温漂是指在规定工作温度范围内，输入失调电压随温度的变化量与温度变化量的比值。它是衡量电路温漂的重要指标，不能用外接调零装置的办法来补偿。输入失调电压温漂越小越好。一般的运放的输入失调电压温漂在±1mV/℃~±20mV/℃之间。
输入失调电流温漂 △IIO/△T
在规定工作温度范围内，输入失调电流随温度的变化量与温度变化量之比值称为输入失调电流温漂。输入失调电流温漂是放大电路电流漂移的量度，不能用外接调零装置来补偿。高质量的运放每度几个pA。
最大差模输入电压Uidmax
最大差模输入电压Uidmax是指运放两输入端能承受的最大差模输入电压。超过此电压,运放输入级对管将进入非线性区，而使运放的性能显著恶化，甚至造成损坏。根据工艺不同，Uidmax约为±5V~±30V。
最大共模输入电压Uicmax
最大共模输入电压Uicmax是指在保证运放正常工作条件下，运放所能承受的最大共模输入电压。共模电压超过此值时，输入差分对管的工作点进入非线性区，放大器失去共模抑制能力，共模抑制比显著下降。
最大共模输入电压Uicmax定义为，标称电源电压下将运放接成电压跟随器时，使输出电压产生1％跟随误差的共模输入电压值；或定义为 下降6dB时所加的共模输入电压值。
开环差模电压放大倍数Aud是指集成运放工作在线性区、接入规定的负载，输出电压的变化量与运放输入端口处的输入电压的变化量之比。运放的Aud在60～120dB之间。不同功能的运放，Aud相差悬殊。
差模输入电阻Rid是指输入差模信号时运放的输入电阻。Rid越大，对信号源的影响越小，运放的输入电阻Rid一般都在几百千欧以上。
运放共模抑制比KCMR的定义与差分放大电路中的定义相同，是差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，常用分贝数来表示。不同功能的运放，KCMR也不相同，有的在60～70dB之间，有的高达180dB。KCMR越大，对共模干扰抑制能力越强。
开环带宽BW
开环带宽又称－3dB带宽，是指运算放大器的差模电压放大倍数Aud在高频段下降3dB所对应的频率fH。
单位增益带宽BWG是指信号频率增加，使Aud下降到1时所对应的频率fT，即Aud为0dB时的信号频率fT。它是集成运放的重要参数。741型运放的 fT＝7Hz，是比较低的。
转换速率SR (压摆率)
转换速率SR 是指放大电路在电压放大倍数等于1的条件下，输入大信号（例如阶跃信号）时，放大电路输出电压对时间的最大变化速率，见图7-1-1。它反映了运放对于快速变化的输入信号的响应能力。转换速率SR的表达式为
转换速率SR是在大信号和高频信号工作时的一项重要指标，目前一般通用型运放压摆率在1～10V/μs左右。
压摆率示意图
单位增益带宽BWG (fT)
共模抑制比KCMR
差模输入电阻
开环差模电压放大倍数Aud
范文九：各种不同类型的运算放大器介绍
一．uA741M，uA741I，uA741C（单运放）高增益运算放大器
用于军事，工业和商业应用.这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。 这些类型还具有广泛的共同模式，差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位。目前价格1元/个。
uA741主要参数
ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS最大额定值
ELECTRICAL CHARACTERISTICS VCC = ±15V, Tamb = +25°C (unless otherwise specified) 电气特性
二．CA3140 高输入阻抗运算放大器
CA3140高输入阻抗运算放大器,是美国无线电公司研制开发的一种BiMOS高电压的运算放大器在一片集成芯片上，该CA3140A和CA3140 BiMOS运算放大器功能保护MOSFET的栅极（PMOS上）中的晶体管输入电路提供非常高的输入阻抗，极低输入电流和高速性能。操作电源电压从4V至36V（无论单或双电源),它结合了压电PMOS晶体管工艺和高电压双授晶体管的优点.(互补对称金属氧化物半导体)卓越性能的运放。主要运用于单电源放大器在汽车和便携式仪表，有源滤波器，比较器，采样保持放大器，长期定时器，光电仪表，探测器，TTL接口，入侵报警系统，函数发生器，音调控制，电源，便携式仪器。工作范围为-55 ?C—125 ?C。目前生产厂家主要是INTERSIL公司和HARRIS公司，报价为：2.7—3元/个。 引脚图
三．OP07C运算放大器
OP07C是一款低失调低漂移运算放大器。生产厂家主要有德州仪器公司和AD公司。这款运算放大器具有非常低的输入失调电压，所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低和开环增益高的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。目前价格为0.35元/个—2元/个。 特点：
1） 低噪音
2） 没有外部组件要求
3） 输出电压范围广. . . 0 to ±14 V Typ 4） 供电电压范围广. . . ±3 V to ±18 V 5） 超低偏移： 150μV最大 6） 低输入偏置电流： 1.8nA
7） 超稳定，时间： 2μV/month最大 8）
高电源电压范围： ±3V至±18V
相关参数介绍：
四．LM318 高速运算放大器
LM318是一款高速单运放。生产厂家主要有德州仪器（TI）和美国国家半导体公司（NS）。LM318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。具有高速的电压转换速率。主要运用于A/D转换器，振荡器，有源滤波器，取样与保持电路和通用放大器。 目前报价为1元—3.5元/个。
1） 具有较高的转换速率。 2） 频率响应宽。
3） 具有输入和输出过载保护。 4） 具有内部频率补偿。
相关参数：
五．LTC6915可编程增益放大器
LTC6915 是由LINEAR公司推出的一款具有数字可编程增益的零漂移精准仪表放大器。可通过一个并行或串行接口将增益设置为 0、1、2、4、8、16、32、64、128、256、512、 或 4096。在采用单 5V 电源以及任何设定增益的条件下，CMRR 通常为 125dB。电压失调低于 10uV，且温度漂移小于 50nV/℃。LTC6915 采用充电平衡采样数据技术将一个差分输入电压转换成一个单端信号，随后再由一个零漂移运算放大器对该单端信号进行放大。差分输入的工作范围为轨至轨，而单端输出在轨至轨之间摆动。LTC6915 既可在低至 2.7V 的单电源应用中使用，也可在采用双 ±5V 电源的应用中使用。LTC6915 采用 16 引线 SSOP 封装和 12 引线 DFN 表面贴封装。主要应用于热电偶放大器 ，电子衡器 ，医疗仪器 ，应变仪放大器 ，高分辨率数据采集。目前价格约为17.5元—25元/个。
绝对额定最大值
电气特性：V+=3V V-=0V Vref=200mv
六.LF398 采样保持放大器
LF398是一种反馈型采样/保持放大器，也是目前较为流行的通用型采样/
保持放大器，是由场效应管构成，具有采样速率高、保持电压下降慢和精度高等特点。LF398由输入缓冲级、输出驱动级和控制电路三部分组成。在采样或保持状态下输入特性不变。可与TTL，PMOS，CMOS兼容，双电源供电，电源范围宽。主要应用于峰值采样电路，12位数据采集系统，斜坡发生器，模拟开关，阶梯波发生器。目前3元—5元/个。生产厂家主要有NS公司，Linear公司，飞利浦公司。
七．LT1812 具有关断功能的运算放大器
LT1812是LINEAR公司生产推出的一款具有良好的DC特性的低功耗，高速率，高转换率的运算放大器。它采用具有电流反馈特性的电压反馈式电路结构，因而具有更低的电源电流，输入偏移电压和输入偏置电流及更高的DC增益，LT1812自身的关断特性使得芯片的电源电流仅为50uA，从而大大降低了功耗。主要运用于带宽放大器，缓冲器，有源滤波器，有线设备，数据采集系统及音频，射频等领域。目前报价10元/个。 特点：
1）具有100MHz 的增益带宽 ，且增益稳定。 2）转换速率高 。
3）具有关断功能，停机模式中的电源电流为 50μA
4）30ns 稳定时间至 0.1%，5V 阶跃 相关参数：
工作范围：-40?C 至 85?C
TA = 25°C, VS = ±5V, VCM = 2.5V 括号内为测量条件（与上表参数数值相同的省
八．OPA549音频大功率放大器
OPA549是一种高电压大电流功率运算放大器。它提供极好的低电平信号精度，能输出高电压，大电流，可驱动各种负载。OPA549 输出电流大（连续输出达8A），工作电压范围宽，输出电压摆幅大，有过热关闭功能，有使能及禁止功能，压摆率高。应用范围为阀门、气动执行机构驱动，同步、伺服驱动，传感器励磁，工业控制设备，测试设备，电源，音频功率放大。主要的生产公司为TI（德州仪器公司），BB公司。目前价格为130—170元/个。 最大额定值
电气参数：
九．AD8500微功耗、精密CMOS运算放大器
AD8500是一款低功耗、精密CMOS运算放大器，最大电源电流为1 uA，最大
失调电压为1 mV，典型输入偏置电流为1 pA，以轨到轨输入和输出方式工作。它采用+1.8 V至+5.5 V单电源或±0.9 V至±2.75 V双电源供电。AD8500具有低功耗、低输入偏置电流以及轨到轨输入和输出特性，特别适合各种电池供电的便携式应用。潜在应用包括ECG、脉冲监控器、血糖仪、烟火探测器、振动监测仪和备用电池传感器。此外还具有轨到轨输入和输出摆幅能力，有助于采用极低电压工作的系统达到最大的动态范围和信噪比。AD8500的低失调电压特性使它可以用在高增益系统中，而不会产生过大的输出失调误差，并且能够在无需进行系统校准的情况下提供高精度操作。AD8500的额定温度范围为-40°C至+85°C工业温度范围，也可以在-40°C至+125°C扩展工业温度范围内工作，采用5引脚SC70表面贴装封装。应用于便携式设备 ，远程传感器 ，低功耗滤波器 ，阈值检波器 ，电流检测。生产厂家为AD（ANALOG DEVICES）公司。目前为22元到26元/个。 电气参数：
十.ICL7650B斩波稳零式高精度运算放大器
ICL7650是利用动态校零技术和CMOS工艺制作的斩波稳零式高精度运算放大
器，它具有输入偏置电流小、失调小、增益高、共模抑制能力强、响应快、漂移低、性能稳定及价格低廉等优点。IcL7650除了具有普通运算放大器的特点和应 用范围外，还具有高增益、高共模抑制比、失调小和漂移低等特点，所以常常被用在热电偶、电阻应变电桥、电荷传感器等测量微弱信号的前置放大器中。主要的生产厂家有INterisl公司，MAXIM公司。ICL7650CSA为八引脚芯片。目前为18—20元/个。
CEXTB：外接电容CEXTB；
CEXTA：外接电容CEXTA；
CRETN：CEXTA和CEXTB的公共端； CLAMP：箝位端；
INTCLKOUT：时钟输出端；
EXTCLKIN：时钟输入端；
时钟控制端，可通过该端选择使用内部时钟或外部时钟。当选择外部时钟时，该端接负电源端（V－），并在时钟输入端（EXTCLKIN）引入外部时钟信号。当该端开路或接V＋时，电路将使用内部时钟去控制其它电路的工作。 特点：
1）不需要调节偏置电压。 2）电源电流低。
3）具有较高的共模抑制比。 4）时间漂移和温度漂移低。 5）共模电压范围广。 6）直流偏置电流低。 7）低功耗CMOS设计。
电气特性：
十一．AD810A 视频运算放大器
AD810是AD公司研发的一款兼容复合视频和高清电视的电流反馈型视频运算放大器，非常适合多媒体、数字磁带机和摄像机等系统使用。0.1 dB平坦度带宽为30 MHz (G=+2)，差分增益和相位误差分别为0.02%和0.04° (NTSC)，使AD810成为所有广播级质量视频系统的理想之选。AD810特别适合摄像机等对功耗敏感的应用，最大电源电流低至8.0 mA。放大器不用时，禁用特性可将电源电流降至2.1 mA，以节省电力。此外，AD810的额定电源电压范围为±5 V至±15 V。 AD810的单位增益带宽达到80 MHz，因而适合用作视频系统中的 ADC或DAC缓冲器。由于它是一款跨导放大器，因此可在整个增益范围内保持这种带宽性能，而其2.9 nV/√Hz的低噪声特性则适合宽动态范围。 目前价格约为18元—20元/个。
相关参数：
工作温度范围：–40°C to +85°C
十二.运放之皇NE5532—双运放高性能低噪声运算放大器
NE5532/SE5532/SA5532/NE5532A/SE5532A/SA5532A是一种双运放高性能低噪声运算放大器。 相比较大多数标准运算放大器，如1458，它显示出更好的噪声性能，提高输出驱动能力和相当高的小信号和电源带宽。这使该器件特别适合应用在高品质和专业音响设备，仪器和控制电路和电话通道放大器。如果噪音非常最重要的，因此建议使用5532A版，因为它能保证噪声电压指标。目前市场价为0.44-0.7元。 NE5532特点： o小信号带宽：10MHZ
o输出驱动能力：600Ω，10V有效值
o输入噪声电压：5nV/√Hz(典型值)
o直流 电压增益：50000
o交流电压增益：2200-10KHZ
o功率带宽： 140KHZ
o转换速率： 9V/μs
o大的电源电压范围：±3V-±20V
o单位增益补偿 NE5532引脚图：
NE5532 8脚引脚图
NE5532 16脚封装引脚功能图 NE5532电气参数:
DC ELECTRICAL CHARACTERISTICS直流电气特性
AC ELECTRICAL CHARACTERISTICS交流电气特性
ELECTRICAL CHARACTERISTICS电气特性
范文十：东南大学电工电子实验中心
实 验 报 告
课程名称：
电子电路基础
实验名称：
运算放大器的基本应用
院 （系）：
吴健雄学院
实 验 室: 金智楼南楼101实验组别：
同组人员：
实验时间：日
评定成绩：
审阅教师：
运算放大器的基本应用
一、实验目的：
1、 熟练掌握反相比例、同相比例、加法、减法、积分、微分等电路的设计方法；
2、 熟练掌握运算放大电路的故障检查和排除方法，以及增益、幅频特性、传输特性曲线、
带宽的测量方法；
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（最大差模输入电压、最大共模输入电压、最大输出电流、最大电源电压等）的基本概念； 4、 了解运放调零和相位补偿的基本概念；
5、 掌握利用运算放大器设计各种运算功能电路的方法及实验测量技能。
二、预习思考：
1、 查阅741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>10KΩ，将设计过程记录在预习报告上； （1） 仿真原理图
（2） 参数选择计算
由于需使Ri>10KΩ，且同相输入端所加的平衡电阻的阻值应为反相输入端所加电阻以及反馈电阻的并联，即R3=R1||R2。故，选取R1=11kΩ，R2=10R1=110kΩ，R3= R1||R2=10kΩ。
（3） 仿真结果
从上图中可以看出，当输入一个1V的直流电压时，输出为-9.999V，与理论值-10V相比，相对误差仅为0.1%，满足设计要求。
3、 设计一个电路满足运算关系UO= -2Ui1 + 3Ui2 （1）仿真原理图
（2）参数选择计算
将信号ui2先通过一个反相器输出，再将- ui2和ui1通过反相加法器输出。 反相器所用反馈电阻和反相输入端电阻，都选取100kΩ的，由此可得，平衡电阻应为50kΩ。 选取反相加法器的反馈电阻阻值为60kΩ，则ui1输入端所加的阻值为30kΩ，- ui2输入端所加的阻值为20kΩ，相应的平衡电阻应为12kΩ。
（3）仿真结果
ui1输入1kHz、1V（峰峰值）的方波信号，见一号信道；ui2输入5kHz，0.1V（峰峰值）的正弦信号，见二号信道；输出见三号信道。
ui1输入1KHz、5V（峰峰值）的方波信号，见一号信道；ui2输入5kHz，0.1V（峰峰值）的正弦信号，见二号信道；输出见三号信道。
三、实验内容： 1、基本要求：
内容一：反相输入比例运算电路 (1) 图1.3中电源电压±15V，R1=10kΩ，RF=100 kΩ，RL＝100 kΩ，RP＝10k//100kΩ。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。
实验结果分析：
当输入为?0.5V时，相对误差都约为2.8%，在实验误差范围内。当输入为?2V时，按照增益理论值，应输出?20V左右，已超过电源电压，故此时已超出运放线性工作范围。运放工作在非线性区时，输出电压为-13.87V和13.04V，接近电源电压?15V。
(2) Ui输入0.2V、 1kHz的正弦交流信号，在双踪示波器上观察并记录输入输出波形，
在输出不失真的情况下测量交流电压增益，并和理论值相比较。注意此时不需要接电阻分压电路。
结果分析：输入信号见通道A，输出信号见通道B，从图中可以看出，此电路为放大倍数为10的反相比例放大电路。
（a）双踪显示输入输出波形图
（b）交流反相放大电路实验测量数据
交流反相放大电路实验测量数据
实验结果分析：
输入信号为CH1，输出信号为CH2。从输入输出波形图中可以看出，输入信号与输入信号反相，正说明本反相放大器电路反相输出的性质。另外，从图中测量的输入输出信号的有效值可以算出电压增益，得到的电压增益与理论值之间的相对误差为4.5%，在实验允许的误差范围内。
(3) 输入信号频率为1kHz的正弦交流信号，增加输入信号的幅度，测量最大不失真输
出电压值。重加负载（减小负载电阻RL），使
RL＝220Ω，测量最大不失真输出电压，并和RL＝100 kΩ数据进行比较，分析数据不同的原因。（提示：考虑运算放大实验结果分析：
对比实验数据可得，当负载变大时，最大不失真电压峰值越小。
当负载较小时，运放工作在线性区内，查阅数据手册可得，输出电压摆幅的最小值为?12V，典型值为?14V，结果在误差允许的范围内。
当负载较大时，查阅运放最大输出电流为?40mA，当RL=220Ω时，理论上输出电压最大为?40mA?220???8.8V
(4) 用示波器X-Y方式，测量电路的传输特性曲线，计算传输特性的斜率和转折点值。
（a）传输特性曲线图（请在图中标出斜率和转折点值）
-1.25，14.00）
（1.65，-15.80）
负载电阻为100KΩ的传输特性曲线
-0.75，8.00）
（0.79，-7.20）
负载电阻为220Ω的传输特性曲线
（b）实验结果分析：
从传输特性曲线中，同样可得，当负载变大时，最大不失真电压峰值越小。
在传输特性曲线中，会出现有两条比较接近的直线，而不是完全相同，我想原因可能在于运放中所用的三极管性质不同，导致同一输入电压的放大的倍数略有差异。
不过这两条直线的斜率几乎一致，可以说明总体来说，增益几乎一致，与理论值也在误差允许的范围内相等。
(5) 电源电压改为±12V，重复(3)、(4)，并对实验结果结果进行分析比较。 （a）自拟表格记录数据
（-1.00，11.00）
（1.25-12.00）
负载电阻为100KΩ的传输特性曲线
-0.65，8.00）
（0.80，-6.80）
负载电阻为220Ω的传输特性曲线
实验结果分析：
对比实验数据可得，当负载变大时，最大不失真电压峰值越小。负载的大小对比结果分析，与上面电源电压为?15V时的分析基本一致，此处不再赘述。
将电源电压为?12V的和电源电压为?15V的比较，可得，电源电压变小时，最大不失真输
出电压峰值更接近电源电压。
(6) 保持Ui＝0.1V不变，改变输入信号的频率，在输出不失真的情况下，测出上限频
率fH并记录此时的输入输出波形，测量两者的相位差，并做简单分析。 （a）双踪显示输入输出波形图
（C）实验结果分析： 查阅数据手册得，增益带宽积为1.2MHz，故带宽应为120kHz，实验结果接近于理论值。输入和输出并不完全反相，与电路的频率过高有关，尤其是在接近截止频率时。
(7) 将输入正弦交流信号频率调到前面测得的fH，逐步增加输入信号幅度，观察输出波
形，直到输出波形开始变形（看起来不象正弦波了），记录该点的输入、输出电压值，根据转换速率的定义对此进行计算和分析，并和手册上的转换速率值进行比较。 （
a）双踪显示输入输出波形图
（c）实验结果分析：
查阅数据手册得，转换速率为0.5V/μs，实验结果与之有些差距。造成误差的主要原因有两点：一是，“看起来不像正弦波了”具有很强的主观因素，很难清楚地界定；二是数据手册上的测试电路与我们所搭的测试电路并不完全相同。
(8) 输入信号改为占空比为50%的双极性方波信号，调整信号频率和幅度，直至输出波
形正好变成三角波，记录该点输出电压和频率值，根据转换速率的定义对此进行计算和分析（这是较常用的测量转换速率的方法）。
（a）双踪显示输入输出波形图
（c）实验结果分析：
查阅数据手册得，转换速率为0.5V/μs，实验结果与之有些差距。造成误差的主要原因有两点：一是，“正好变成三角波”具有很强的主观因素，很难清楚地界定；二是数据手册上的测试电路与我们所做的并不相同。
(9) RF改为10 kΩ，自己计算RP的阻值，重复（6）（7）。列表比较前后两组数据的差
别，从反相比例放大器增益计算、增益带宽积等角度对之进行分析。并总结在高频应用中该如何综合考虑增益带宽积和转换速率对电路性能的影响。
重复（6）： 保持Vi＝0.2V不变，改变输入信号的频率，在输出不失真的情况下，测出上限频率fH并记录此时的输入输出波形，测量两者的相位差，并做简单分析。 （a） 双踪显示输入输出波形图
（c）实验结果分析：
当将反馈电阻换为1kΩ，此时反馈电阻与输入端连接的电阻大小相等，故增益应为1，是一个反相器。
增益由10变为1，由于增益带宽积是一个恒定值（1.2MHz），故相应的带宽应增大，也就是说上限截止频率应增大，相位差也受到了高频的影响而变小，实验很好地验证了这一点。
重复（7）： （a） 双踪显示输入输出波形图
（c）实验结果分析：
查阅数据手册得，转换速率为0.5V/μs，实验结果与之较为接近。由于第七小题的要求为“输出波形开始变形（看起来不像正弦波了）”，故此处选取了一个“开始变形”的时刻。
（d）总结在高频应用中该如何综合考虑增益带宽积和转换速率对电路性能的影响： （1）运放增益带宽积，也就是频率跟增益的乘积，是一个常数。一般来说，信号频率越高，得到的增益越小，但是由于带宽的增加，使电路的响应速度变快了；
（2）转换速率是运放的瞬时响应速率。转换速率越大，能够工作的频率点越高，即带宽会加大，同时，对信号的细节成分还原能力也越强，否则会损失部分解析力；
（3）高频应用中，需要先按照运放增益带宽积的要求，根据增益带宽积等于电压增益和带宽的乘积的定义，得出上限截止频率。然后不断增大信号的幅度，根据上限截止频率和输出信号峰峰值计算转换速率。
注：上述实验中，输入信号和输出信号的毛刺比较多，最可能的原因是，在进行实验一的过程，我一直使用笔记本电脑的电源适配器，对信号产生了干扰。
设计电路满足运算关系Uo=-2Ui1+3Ui2，Ui1接入方波信号，方波信号从示波器的校准信号获取（模拟示波器Ui1为1KHz、1V（峰峰值）的方波信号，数字示波器Ui1为1KHz、5V（峰峰值）的方波信号），Ui2接入5kHz，0.1V（峰峰值）的正弦信号，用示波器观察输出电压Uo的波形，画出波形图并与理论值比较。实验中如波形不稳定，可微调Ui2的频率。
（a） 双踪显示输入输出波形图
（b) 实验结果分析：
ui1输入1kHz、5V（峰峰值）的方波信号；ui2输入5kHz，0.1V（峰峰值）的正弦信号，输出信号波形如上图所示。
从波形中可以看出，方波一个周期对应正弦波五个周期，输入信号的频率是5:1，由此得证。从峰峰值来看，Uo=-2Ui1+3Ui2，所以输出信号的峰峰值应为9.7V左右。所测得的峰峰值为9.76V，相对误差约为0.6%，在实验误差允许的范围内。
2、提高要求：
设计一个比例-积分-微分运算电路。满足运算公式
1011dui(t)
ui(t)?100?ui(t)dt? dt
仿真结果：（输入信号为2Vpp，10Hz的方波）
比例电路仿真
积分电路仿真
微分电路仿真
比例-积分-微分运算电路仿真
（1） 写出具体的设计过程，比例、积分、微分的系数可以有所不同，请考虑不同的
系数对设计输出有何影响？
一看到这个表达式，就可以立刻想到一种实现方案，那就是等式中的三项分别用反相比例电路、积分运算电路、微分运算电路来实现，最后再用反相加法电路将前三项加起来。
在本实验中，我选取100kΩ和101kΩ（91kΩ和10kΩ串联）的电阻来实现反相比例电路的
ui(t)，选取100kΩ的电阻和0.1μF的电容来实现积分运算电路的-100?ui(t)dt，选取100
10kΩ的电阻和10nF的电容来实现积分运算电路的-，最后用反相加法电路叠
10000dt-加起来。按照所需的比例来选取合适的电阻阻值及电容值。
（2） 分别观察比例-积分，比例-微分，积分-微分，比例-积分-微分运算电路的波形，
并进行分析比较。
比例电路输出波形
积分电路输出波形
微分电路输出波形
比例-积分运算电路输出波形
比例-微分运算电路输出波形
积分-微分运算电路输出波形
比例-积分-微分运算电路的波形
实验波形与仿真结果吻合，实验比较理想。
通过比较比例，积分，微分，比例-积分，比例-微分，积分-微分，比例-积分-微分运算电路
的波形，可以发现，比例电路单独作用时，就只会使输入信号反相放大1.01倍；积分电路单独作用时，只会使方波输入信号输出为三角波；微分电路单独作用时，由于方波输入信号上升沿和下降沿的作用，会在上升沿和下降沿后产生逐步衰减的震荡，且由于设计的原因，开始时与输入信号反相。最后将三路信号反相叠加，在输出波形中，在输入信号上升下降沿的便宜量，就是反相比例电路作用的结果；而在上升下降沿之间，可以看到很明显的三角波特征，这就是积分电路作用的结果；在输入信号上升下降沿的尖峰，就是微分电路作用的结果，将输出信号放大后，可在此处看到逐步衰减的震荡。
3、创新实验：
运用放大器的线性特性自行设计一个有意义的电路。
求解二元一次方程组??y?2x?1 的电路。 y?x?5?
方法一：输入ui，用加法器（反相加法电路加反相器，或同向加法器）分别输出y1?x1?5和y2?2x2?1（x1?x2?ui），再用减法器（差动减法器，或反相器加反相加法器）比较y1和y2的大小，当输出为0即y1?y2时，输入的ui值就是所求的x值，y1?y2?y就是所求的y值。
由仿真结果可见，输出为1.654mV，在实验误差允许的范围内，可以近似为0，所以该二元一次方程组的解为?
方法二：将方程组??x?4。 ?y?9?y?2x?1?y?2x?1化简为?，输入ui将用加法器（反相加法电路加反y?x?5x?y?5??
相器，或同向加法器）输出y?2x1?1（x1?ui）并减去5V的直流电压，输出为x2，再用减法器（差动减法器，或反相器加反相加法器）比较x1和x2的大小，当输出为0即
x1?x2?ui时，输入的ui值就是所求的x值，y1?y2?y就是所求的y值。
由仿真结果可见，输出为1.755mV，在实验误差允许的范围内，可以近似为0，所以该二元
?x?4一次方程组的解为?。 y?9?