运放运算电路

1. 运放用作模拟运算电路时，“虚短”、“虚断”能永远满足吗在什么条件下“虚短”将不再存在

理想运放是输入电阻无穷大，所以，可以说永远满足；而“虚短”则存在于负反馈放大电路中，也是理想运放对称性的体现；当运放不构成负反馈电路，则“虚短”理论将不再存在，如开环电路---比较器类电路、正反馈电路---振荡器类电路等等，就不能适合用“虚短”的理论来分析了。

运算电路的输入输出关系，仅仅决定于反馈网络；因此只要选取适当的反馈网络，就可以实现所需要的运算功能，如比例、加减、乘除、微积分、对数等。

这样的运算电路，被广泛地应用于对模拟信号进行 各种数学处理模拟运算电路通常表现输入/输出电压之间的函数关系。

(1)运放运算电路扩展阅读：

运放噪声和外围电阻噪声引起运算误差。对由电阻阻值误差引起的运算误差，容易根据运算电路的输出表达式，用求偏导的方法求得。为减小电阻阻值误差引起的运算误差，可选用温度系数小的精密电阻，必要时还可在电路中设置调节环节来补偿。

运放参数随工作频率变化引起的运算误差。反馈网络通常是无源网络，无源元件可选用高稳定性的元件，因而电路增益可获得很高的稳定性，也就抑制了运放参数变化引起的运算误差。

2. 运放电路的原理

【运放电路的原理】运放如图有两个输入端a（反相输入端），b（同相输入端）和一个输出端o。也分别被称为倒向输入端非倒向输入端和输出端。当电压U-加在a端和公共端（公共端是电压为零的点，它相当于电路中的参考结点。）之间，且其实际方向从a 端高于公共端时，输出电压U实际方向则自公共端指向o端，即两者的方向正好相反。当输入电压U+加在b端和公共端之间，U与U+两者的实际方向相对公共端恰好相同。为了区别起见，a端和b 端分别用"-"和"+"号标出，但不要将它们误认为电压参考方向的正负极性。电压的正负极性应另外标出或用箭头表示。反转放大器和非反转放大器如下图：

一般可将运放简单地视为：具有一个信号输出端口（Out）和同相、反相两个高阻抗输入端的高增益直接耦合电压放大单元，因此可采用运放制作同相、反相及差分放大器。

运放的供电方式分双电源供电与单电源供电两种。对于双电源供电运放，其输出可在零电压两侧变化，在差动输入电压为零时输出也可置零。采用单电源供电的运放，输出在电源与地之间的某一范围变化。

运放的输入电位通常要求高于负电源某一数值，而低于正电源某一数值。经过特殊设计的运放可以允许输入电位在从负电源到正电源的整个区间变化，甚至稍微高于正电源或稍微低于负电源也被允许。这种运放称为轨到轨（rail-to-rail）输入运算放大器。

运算放大器的输出信号与两个输入端的信号电压差成正比，在音频段有：输出电压=A0（E1-E2），其中，A0 是运放的低频开环增益（如 100dB，即 100000 倍），E1 是同相端的输入信号电压，E2 是反相端的输入信号电压。

【运放】是运算放大器的简称。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。由于早期应用于模拟计算机中，用以实现数学运算，故得名“运算放大器”，此名称一直延续至今。运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。

3. 运放电路分析

我将会用大约十篇文章把运放的最基本的知识介绍清楚，这是第一篇。
运放这个词既熟悉又陌生，既简单有不简单，说它熟悉，是因为它的应用非常广泛，经常听说它，说它陌生，是因为运放内部的电路结构非常复杂，很难搞清楚。说它简单，因为在设计运放电路时，可以避免晶体管电路的复杂参数计算，说它不简单，因为很多时候运放并不理想，若按理想运放来设计电路，会导致结果错误。
1、什么是运放
运放是运算放大器的简称。可以实现各种模拟电量的数学运算。但它不是用来做计算器上的加减乘除运算，而是在模拟信号处理过程中，可能需要将信号进行放大、加减乘除、积分、微分等操作。
①、运放的电路符号是：
pin 2、3为信号输入、pin 4、7为电源输入、pin 6为信号输出。
②、输入输出关系：Uo = A * （Up-Un）
A为运放的放大倍数，这个数值非常非常大，近似为无穷大，Up与Un几乎相等。Uo，Up，Un为正常的数值。这个表达式初看太奇怪了，但是它确实那么的有用，大大简化了电路的设计，后面会慢慢解释。
③、最重要的性质：“虚短”和“虚断”
虚短：因为上面表达式中Up与Un几乎相等，所以pin 2、3近似短路，但不是真的短路，所以叫虚短。
虚断：pin 2、3的输入阻抗非常大，至少在1Mohm。所以可以认为Pin2、3上的输入电流为零，所以叫虚断。
2、反相比例运放电路
只要记住Uo = A * （Up-Un）和“虚短”、“虚断”，理想运放的电路都能看懂。这里先不要纠结为什么会是这样，有机会后面会介绍。这里先介绍一个最简单的运放电路：反相比例放大电路。
①、根据虚断原理，运放输入端的两个管脚输入电流为零，所以不管R4阻值是多少，都有Up=0；
②、根据虚短原理，Un=Up，所以Un也等于零。
③、根据基尔霍夫定理就可以求出：Uo=-Rf/R1 * Ui
④、理论上，R2和RL的阻值不会影响放大倍数，但是实际的运放需要设计R2=R1 || Rf，因为这样一来，运放的同相端和反相端往外看的阻抗才一样大。
⑤、从仿真结果可以看出反向比例放大器的输出与输入波形ui是精确的5倍的关系。
3、总结
理想运放如此简单，我们根本不需要了解运放里面的东西，不需要像三极管那样考虑它到底工作在哪个区，不需要考虑密勒效应，输入输出阻抗等等，只需要用电阻分压的方法就能得到想要的精确的放大倍数。用起来简单，性能又好，这是运放广泛应用的重要原因。
反相比例运放是我们认识运放的第一个例子。也是最简单，最基础的应用，后面会慢慢介绍其他的电路，以及实际运放的应用。

4. 集成运放作为运算电路和电压比较器，它们的主要区别是

集成运放作为运算电路和电压比较器，它们的主要区别是：电压比较器运放工作在_非线性区_或_饱和、截止_，而运算电路中的集成运放工作在_线性区_；电压比较器输出只有_高_和_低_两个稳定状态。

5. 集成运算放大器构成基本运算电路的方法

集成运算放大器的基本电路有：
1）同相放大器
2）反相放大器
3）加法器
4）减法器

........
构成方法请参考以下资料：

http://wenku..com/view/8ee3d60979563c1ec5da715e.html?from=rec&pos=0&weight=109&lastweight=63&count=5

6. 几种基本运算电路分别有什么特点加以区分，功放和运放有什么区别

1、基本运算电路的特点及区别：

（1）、反相放大器(反相比例运算) Av=Rf/R1,Ri=R1

电路性能好，较多使用。

（2）、同相放大器(同相比例运算) Av=1+(Rf/R1),Ri= ∞

由于有共模信号输入，（单端输入的信号中能分离出共模信号），所以要求使用的运放的共模抑制比高才行，否则最好不用此电路。

（3）、差动放大器(减法器)当选择R1=R2，R3=RF时，u0=（Rf/R1)/(u2-u1)

（4）、反相加法器u0=（Rf/R1)/(u2-u1)

电路除了输入电阻较小，其他性能优良，是较多使用的电路。

（5）、同相加法器u0=（(Rf*u2/R1)+(Rf*u1/R1)

电路计算比较麻烦，较少采用，若一定相让输入、输出同相，一般使用两级反相加法器。

（6）、积分电路,无法写表达式

（7）、微分电路 U0=-RC*i/dt

（8）、比较器U0+=VCC VO-=UEE

2、功放和运放的区别：

（1）、功放是有电压和电流放大作用的，做大信号放大，即功率放大。

（2）、运放一般用于小信号电压放大，电流驱动能力很弱。

(6)运放运算电路扩展阅读：

运算电路

集成运放是一个已经装配好的高增益直接耦合放大器，加接反馈网络以后，就组成了运算电路。

特点

1. 运算电路的输入输出关系，仅仅决定于反馈网络；因此只要选取适当的反馈网络，就可以实现所需要的运算功能，如比例、加减、乘除、微积分、对数等。

2. 这样的运算电路，被广泛地应用于对模拟信号进行 各种数学处理，称之为模拟运算电路。

3. 模拟运算电路通常表现输入/输出电压之间的函数关系

模拟运算电路

运算电路可分为模拟运算电路和数字运算电路两大类。模拟运算电路具有电路简单，成本低，实时性强等特点。

引起模拟运算电路运算误差的主要因素 ：

运放参数的非理想性引起运算误差，其中Kd，Rd，CMRR，Uo，Id和Io的影响是主要的。

为减小运算误差，Kd，Rd，和CMRR越大越好，Uo，Io越小越好。

运放噪声和外围电阻噪声引起运算误差，对由电阻阻值误差引起的运算误差，容易根据运算电路的输出表达式，用求偏导的方法求得。

为减小电阻阻值误差引起的运算误差，可选用温度系数小的精密电阻，必要时还可在电路中设置调节环节来补偿。

运放参数随工作频率变化引起的运算误差，反馈网络通常是无源网络，无源元件可选用高稳定性的元件，因而电路增益可获得很高的稳定性，也就抑制了运放参数变化引起的运算误差。

参考资料

网络-运放

网络-功放

网络-运算电路

7. 集成运放组成运算电路工作在哪个区如何连接电路来保证

运放是个高增益的电路，工作状态区只有两种。
一是线性区，就是其工作在闭环负反馈状态下。
二是非线性区，就是其工作在开环状态时，或者是在闭环正反馈状态下。

8. 运放用作运算电路时一般处于什么状态

运放作为一种模拟集成电路，当然是要工作在放大状态。

9. 集成运放构成的基本运算电路主要有哪些

集成运放构成的基本运算电路主要有：
1、比例运算电路：包含同相比例放大、反相比例放大，差动比例放大。
2、微积分运算：微分电路、积分电路。
3、滤波电路：低通滤波电路，高通电路滤波，带通滤波电路。

10. 运放电路设计步骤

偏置电流如何补偿

对于我们常用的反相运算放大器，其典型电路如下：

在这种情况下，R3为平衡电阻，这样，在可以很好的保证运放的电流补偿，使正负端偏置电流相等。若这些运算放大器知识你注意到了时，甚至取值更大时，会产生更大的噪声和飘溢。但是，应大于输入信号源的内阻。

善于思考的工程师都会想到，当为同相放大器的时候，其原理又是什么呢?现在我们先回顾下同相运放的设计电路：

当计算出的Rp为负值时，需要将该电阻移动到正相端，与R1串联在输入端。

这里额外多插入一句，同相比例运放具有高输入阻抗，低输出阻抗的特性，广泛应用在前置运放电路中。

调零电路的问题   

今天运放已经发展的很迅速，附注功能各式各样，例如有些运放已经具有了调零的外接端口，此时依据数据手册进合适的电阻选择就可以完成运放调零。例如LF356运放，其典型电路如下：

另外一些低成本的运放或许不带这些自动调节功能，那么作为设计师的我们也不为难，通过简单的加法电路、减法电路等可以完成固定的调零(虽然有时这种做法有隔靴挠痒的作用)。

当要进行通常在补偿电路中增加一个三极管电路，利用PN结的温度特性，完成运放的温度补偿。例如在LF355典型电路中将三极管电路嵌入在V+和25K反馈电阻之间