运算放大器在实际中的应用

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1、运算放大器在实际中的应用广西大学电气工程学院摘要：随着科学技术的发展，运算放大器在实际中运用越来越广泛，用于广泛的器件中，接入 适当的反馈网络,运算放大器也就是模拟技术的捷径。下面主要介绍运算放大器的原理以及各 种实际应用电路。包括运算放大器电路在滤波器电路以及信号的转换电路及其一些放大器的 反相电路。关键词：电路运放，运算放大器原理，理想运放，运放的实际应用Operational amplifier in practical applicationAbstract: With the development of science and technology, operational amp

2、lifier in practical use is more and more extensive, used in a wide range of devices, access to appropriate feedback network, operational amplifier which is also simulated technology to. This paper briefly introduces the amplifier principle and application circuit. Includes an operational amplifier c

3、ircuit in a filter circuit and a signal conversi on circuit and amplifier invert ing circuit.Key words: OPAMP operational amplifier circuit, principle, ideal operation amplifier, amplifier applicati ons正文：运算放大器是目前应用最广泛的一种多端元器件，它涉及很多的电子领域,下面我们先来 了解运放的原理。一运算放大器的工作原理：运放结构不同，但对外部电路而言，其特性是一样的，且运放内部包含许多晶体

4、管的集 成电路。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。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。其中输入级一般是采用差动放大电路（抑制电源），中间级一般采用有源负 载的共射负载电路（提高放大倍数），输出级一般采用互补对称输出级电路（提高电路驱动负 载的能力）。运算放大器是一种直流耦合，差模（差动模式）输入、通常为单端输出的高 增益电压放大器，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

5、图 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连接，形成一负反馈组态。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 ，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。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

6、带来的误差非常小，在一 般的工程计算中可以忽略。放大器有虚短与虚断。虚短：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 1013V。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。虚断由于运放 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

7、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 二运算放大器的实际运用：在我们实际生活当中我们都会打电话，而我们并不知道为什么我们能听到他人的讲话， 具体来说就是手机怎样能实现声音的传递，这就需要运算放大器来参与实现这一工作。运算 放大器主

8、要是在信号处理方面，因为那信号在传递过程中会因为别的障碍物而逐渐的减弱， 当我们接收到得信号是微弱的，也就是声音的音量很小，已经超出人们的听力范围，我们肯 定听不见，要想听的见就需要一种东西把这微弱的声音给放大，放大到人们能听得到为此， 而运算放大器就充当着一东西，他是通过把接收到的微弱信号给放大几百倍、几千倍、几万 倍，这时由于声音已被放大，放大到了人们的听力范围内，我们就能听得见。还有放大器在实际别的运用，有放大电路、有源滤波器、微积分电路、电压跟随器、电 压电流转换电路、加减运算电路、比较器电路。其中放大电路包括同相放大电路与反相放 大电路。运算放大器中要用到反馈，反馈：指在电子管或晶体

9、管电路中，把输出电路中的一 部分能量送回输入电路中，以增强或减弱输入讯号的效应。理想运放的放大倍数为无穷大， 实际运放的放大倍数也很大，利用负反馈可以控制放大器的放大倍数，提高增益精度，避免 放大被数过大造成失真。同时引入负反馈还可以降低噪声、失真、输出阻抗，增大输入阻抗。运算放大器组成的放大电路；放大电路的种类很多，主要分为反相放大电路和同相放大 电路。 反相放大电路：信号由“-”端输入，放大后的信号相位与放大前相差 180 度。R11RES2VCCVin严-IRES2OPAMP反相放大电路在使用上述电路做放大器电路时，如果放大倍数很大，则R1的值非常大。有时实装与得到这 种电阻都很困难，这

10、时可以采用T型反馈电路，可有效降低R1的阻值。同相放大电路与反相放大电路的区别：同相放大器：输入阻抗很大，但输入共模电压也大， 共模抑制比CMRR引起的误差在高频时不可忽略。反相放大器：输入阻抗由输入端的外界电阻决定，共模电压小，可以减小共模抑制比CMRR引同相放大电路微分电路：基本微分运算电路 ：将积分运算电路中的反相端输入电阻和反馈电容互相交换位置后即 为微分运算电路。宙以 =-恥1 积分电路：积分运算电路：与反相放大电路相比，用电容C代替电阻Rf作为负反馈元件就成为积 分运算电路。容易得出，Uo = l/（RC）X/Ui dt,其中RC为积分时间常数。CII微积分电路的应用：微分电路：微

11、分电路可把矩形波转换为尖脉冲波。 1.提取脉冲前沿 2.高通滤波 3.改变相角（加）。积分电路：积分电路可将矩形脉冲波转换为锯齿波或三角波， 还可将锯齿波转换为抛物波。1.延迟、定时、时钟 。2.低通滤波 。3.改变相角（减）。 有源滤波器：有源滤波器的原理：有源滤波器利用运算放大器和电阻代替电感，从而实现滤波效果。 运算放大器在这里的作用是不断给电路补充电阻消耗的能量。有源滤波器的优点和缺点：优点：不用电感元件、有一定增益、重量轻、体积小和调试 方便，可用在信息处理、数据传输和抑制干扰等方面。缺点：但因受运算放大器的频带限制 这类滤波器只能工作在低频。电压跟随器：就是输出电压与输入电压是相同

12、的，电压跟随器的电压放大倍数接近 1。 特点：输入阻抗高，而输出阻抗低，一般来说，输入阻抗要达到几兆欧姆是很容易做到的。 输出阻抗低，通常可以到几欧姆，甚至更低。作用：在电路中，电压跟随器一般做缓冲级及 隔离级。因为，电压放大器的输出阻抗一般比较高，通常在几千欧到几十千欧，如果后级的 输入阻抗比较小，那么信号就会有相当的部分损耗在前级的输出电阻中。在这个时候，就需 要电压跟随器来从中进行缓冲。起到承上启下的作用。电压/电流转换电路：电压/电流转换即 V/I 转换，是将输入的电压信号转换成满足一定 关系的电流信号，转换后的电流相当一个输出可调的恒流源，其输出电流应能够保持稳定而 不会随负载的变化

13、而变化。应用：长距离传送模拟电压信号时，因信号源内阻及电缆电阻产 生压降，受信端输入阻抗越低相对压降越大，误差也越大。若要高精度传送电压信号，必须 把电压信号先变为电流信号，即进行电流传送.。电流电压转换电路：与电压电流电路正 好相反，它是将输入的电压信号转换成满足一定关系的电流信号。应用：在工业控制中各类 传感器常输出标准电流信号420mA，为此，常要先将其转换成土 10V；的电压信号，以便送 给各类设备进行处理。以上就是运算放大器在一些电路实际中的运用，还有一些我就不一一说明，可见运算放 大器在我们实际生活中是多么的重要。参考资料 ：1. 运算放大器原理与应用 作者：蔡锦福 出版社：科学出版社2. 基本电路理论 主编：王蔼 出版社：上海科学技术文献出版社3. 电路基础 上海交通大学4电路第五版 原著 邱关源.