电压比较器和运算放大器的基本知识
电压比较器和运算放大器的基本知识
一、电压比较器的基本知识
电压比较器已经广泛的应用在各种的控制电路和保护电路中；特别是在现代的液晶、等离子平板电视中，更是普片应用。在平板电视中特别是故障率较高的开关电源、驱动电路、背光板电路中的保护电路比比皆是；对电路的安全、保护起到极大的作用，同样给我们的维修也带来一个提升；必须了解、掌握电压比较器的原理、工作方式才能顺利的、成功的完成故障的维修，下面简单的介绍一些电压比较器的必备知识。
电压比较器是对两个模拟电压比较其大小，并判断出其中哪一个电压高，哪一个电压低；并在输出端以高电平或低电平表示比较的结果来。
既然是把两个电压进行比较；并且有一个比较结果的输出端，那么这个比较器就必须有3个端子（除了供电及接地）；两个进行比较模拟电压的输入端；一个显示比较结果的输出端，图1所示就是一个在电路图上常用的电压比较器的符号。
图1
图1的符号中；左边是两个输入端；其中一个有“+”号标志的称为同相输入端；有“—”号标志的称为反相输入端；这两个端子输入需要进行比较的模拟电压。右边是一个输出端，输出比较的结果。
两个输入端之间电位的高低和输出端电平的高低关系如下：
当同相输入端电压高于反相输入端电压时：输出端为高电平。
当同相输入端电压低于反相输入端电压时：输出端为低电平。
一般常用的比较器的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体管，在使用时输出端到正电源一般需接一只上拉电阻（选 3-15K）。这种输出称为OC输出(Open-Collector)即集电极开路输出；图2虚线框内所示是BA10393内部电路原理图；图中显示；输出端的晶体管Q6的集电极在内部是开路状态；没有和任何地方连接；在具体应用时需要如图3所示在电源和集电极之间，连接一只上拉电阻；或者如图4所示连接一个分压电路（电源可以直接是本电压比较器的VCC,也可以是另外的单独电源+B；+B电压可以根据需要选取不同的电压值）。
图2
图
3 图
4 电压比较器的工作特性：
以图5、为例做一个实验以了解电压比较器的特性；
图
5
图6
在图5中电压比较器的同相输入端被由R1、R2组成的分压电路设定为3V（这就是比较器的基准电压），电压比较器的反相输入端连接在一个电位器的动臂上，电位器的两端连接于6V电压上面，下端为0V上端为6V。
在图5中电压比较器的同相输入端被由R1、R2组成的分压电路设定为3V（这就是比较器的基准电压），电压比较器的反相输入端连接在一个电位器的动臂上，电位器的两端连接于6V电压上面，下端为0V上端为6V。
此时把电位器的动臂置于电位器的最下端（图中电位器下端虚线箭头所指部位）；这时电压比较器的反相输入端电压即为0V。在这种状态下；电压比较器的同相输入端电压高于反向输入端电压；输出为高电平。这时逐步的向上移动电位器的动臂（图中箭头方向），此时：电压比较器反向输入端的电压逐步上升；当电位器的动臂移动到3V位置时；反向输入端的电压也上升到3V，此时；同相输入端的电压（3V）等于反相输入端的电压；此时；输出端的电压仍然维持原来的高电平不变；只有电位器的动臂继续上移；当反向输入端的电压超过同相输入端的电压；即大于3V时；输出端的高电平迅速跃变为低电平。
电压比较器的灵敏度都非常的高；当在上述情况下；当电位器的动臂上升；反向输入端电压只要超过同相输入端电压0.005V（5mV）时；电压比较器的输出端电平就从高电平迅速转换为低电平；根据不同的电压比较器的型号这个反转的电压略有不同；但是都在2mV至10mV以内。
同样也可以把电位器的动臂置于电位器的最上端；图6所示；这时电压比较器的反相输入端电压即为6V。在这种状态下；电压比较器的同相输入端电压低于反向输入端电压；输出为低电平。这时逐步的向下移动电位器的动臂（图中箭头方向），此时：电压比较器反向输入端的电压逐步下降；当电位器的动臂下降到3V 位置时；反向输入端的电压也下降到3V，此时；同相输入端的电压（3V）等于反相输入端的电压；此时；输出端的电压仍然维持原来的低电平不变；只有电位器的动臂继续下降；当反向输入端的电压低于同相输入端的电压；即小于3V 时；输出端的高电平迅速跃变上升为高电平。
图7
当然；也可以把反相输入端设置为：基准电压输入端；同相输入端连接到电位器的动臂上，这样当电位器的动臂仍然按图5 的过程变化时；输出端电平的变化则完全和图5相反。以适应不同的保护控制电路的应用。
OC输出的优越性：
1、可以任意的设定输出电平；只要改变+B电压的大小，那么输出端的高、低电平的变化就可以在选定的+B和0V两个状态变换（此时R3的阻值也要适当改变）。
2、输出端可以直接推动光耦或者发光二极管。只要根据不同的用途；适当的选择+B电压的大小，就可以在保护控制电路中或者指示电路中控制光耦的动作和发光二极管的亮度；图8所示。
图8
电压比较器的种类比较多，相对于其它类型的集成电路，电压比较器的电路则简单的多，所以往往把多只独立的电压比较器封装在一块集成电路中；共用一个VCC及接地端。
在应用时；可以任意的应用其中的某一只或全部电压比较器电路。例如型号为LM339的电压比较器就是内部封装了4只电压比较器电路的4电压比较器集成电路，LM393电压比较器就是内部封装了2只电压比较器电路的2电压比较器集成电路，在设计电路时；可以根据需要选用，图9所示；就是4电压比较器 LM339和2电压比较器LM393的内部电压比较器的排列方式和引脚功能。
LM339 LM393
图9
在本书介绍三星KLS-320VE背光板电路一章中；保护电路应用了两块电压比较器集成电路；IC102及IC502，型号是BA10393 这是罗姆公司（ROHM）的产品，这是一块双电压比较器集成电路，内部有两只独立的电压比较器电路，完成了背光
板电路中的；背光灯管断路保护、背光灯管欠电流工作保护及背光灯管高压过压保护的作用。
图9为BA10393电压比较器的外形图及引脚功能。
图9
二、运算放大器的基本知识：
在了解了上面的电压比较器的基本知识后，对于运算放大器的了解就容易多了。
上面介绍的电压比较器电路，输入端是对两个模拟的电压进行比较；比较的结果以高、低电平在输出端表示。电压比较器的输出端实际就等效是一个“开关”。要求的就是这个输出的“开关”反映要快、要灵敏。我们可以简单的看成电压比较器就是一个模拟电压控制的“开关”。主要应用在控制、保护等电路中。
运算放大器；是一个实实在在的模拟信号的放大电路，它的输入端输入一个变化的模拟量（例如音频信号、或者一个线性变化的直流电压）；在输出端就输出一个幅度放大的但是其波形完全相同的不失真的信号（输出信号波形各个部分的比例和输入信号波形各个部分的比例相同）。所谓冠于：“运算”两字；是输出信号是输入信号经某种数学运算的结果；就是输出信号的各个部分是输入信号对应的各个部分的倍数关系（就好像输出信号各个部分的电压幅度是输入部分各个部分的的乘积结果）；好像是把信号的幅度进行了乘法运算一样。也就是说运算放大器是一个优秀的线性放大电路。
运算放大器是由晶体管等放大元件组成，晶体管等放大元件的本身就是非线性元件，要用非线性的放大器件做成线性的放大器困难是多多的。运算放大器的组成采用了很多的措施完成信号基本上接近线性的放大。
运算放大器的核心是一个具有恒流源的差分放大器，由于恒流源的作用尽量的保证晶体管的工作点，能在晶体管特性曲线比较线性的一段工作，并且采用了深度的负反馈使整个运算放大电路对信号具有较好的线性放大。一个运算放大器为了保证有一定的增益，都是采用多级直流放大器的组合，在制造时就在一个芯片上完成，以集成电路运算放大器的形式出现；保证了良好的耦合特性及稳定性。所以运算放大器就是高质量的模拟放大器的代名词。
广泛用于模拟电子电路、仪器以及模拟计算机中，也可以接成不同的电路形式，应用非常广泛，在早期是用在模拟计算机中也曾做加法器、乘法器用。
图10
由于运算放大器的核心是一个差分放大器，所以就有两个输入端，和一个输出端，其在电路图上的表示符号，引脚的位置和电压比较器一样；图10所示；两个输入端和输出的关系也有同相输入端和反相输入端的称呼。这两个输入端都可以输入信号（对称的差分信号）；也可以，一个输入端设定为基准电压，一个输入端输入模拟信号，图11是运算放大器LM358内部的电路原理图，可以看出比上面的电压比较器复杂的多，而且并不是OC输出，图12是该运算放大器的引脚图，LM358内部有两只独立的运算放大器电路，也可以各自单独运用。
运算放大器既然能把信号进行放大，显然我们用他来代替电压比较器作为电压比较用也是没有问题的，就有许多电路的电压比较电路就采用了运算放大器电路完成的。不过运算放大器作为电压比较器使用；其灵敏度、反映速度都要差的多，还是不要这样替代用的为好，
但是电压比较器是绝对不能作为运算放大器用的。
在一般的电路原理图上运算放大器和电压比较器，光从符号上很难区分图纸上表示的是运算放大器还是电压比较器，只能通过对电路的分析，进行判断。
图
11 图12
图13是一款背光板直流亮度控制电路的直流亮度控制电压的前端放大电路。
图13
放大电路采用了一块双运放集成电路BA10358；左边输入的是0~3.3V变化的直流电压，右边输出的是加到多个亮度控制电路的控制电压，左边的一块运算放大器的同相输入端连接在R013和R010组成的分压电路上，显然同相输入端是接的基准电压，反相输入端接直流控制电压，显然左边的运算放大器的输入端和输出端的信号相位是反相关系。
右边的运算放大器的输出端和反相输出端是直接连接在一起；这样右边的运算放大器就接成了一个“电压跟随器”的电路形式，虽然电压增益是1；但是输出阻抗大大降低，具有很强的带负载能力，图13，中就支持了4个电路的控制作用。
电压比较器和运算放大器虽然符号一样；但是用处是不一样；一个是“比较开关”、一个是“模拟放大”，一个需要“速度”、一个需要“线性”。
由于篇幅的关系只是介绍了电压比较器和运算放大器的一些简单入门知识。
差分运算放大器基本知识
一．差分信号的特点： 图1 差分信号 1.差分信号是一对幅度相同，相位相反的信号。差分信号会以一个共模信号 V ocm 为中心，如图1所示。差分信号包含差模信号和公模信号两个部分， 差模与公模的定义分别为：Vdiff=(V out+-V out- )/2，Vocm=(V out+ +V out- )/2。 2.差分信号的摆幅是单端信号的两倍。如图1，绿色表示的是单端信号的摆 幅，而蓝色表示的是差分信号的摆幅。所以在同样电源电压供电条件下，使用差分信号增大了系统的动态范围。 3.差分信号可以抑制共模噪声，提高系统的信噪比。In a differential system, keeping the transport wires as close as possible to one another makes the noise coupled into the conductors appear as a common-mode voltage. Noise that is common to the power supplies will also appear as a common-mode voltage. Since the differential amplifier rejects common-mode voltages, the system is more immune to external noise. 4.差分信号可以抑制偶次谐波，提高系统的总谐波失真性能。 Differential systems provide increased immunity to external noise, reduced even-order harmonics, and twice the dynamic range when compared to signal-ended system. 二．分析差分放大器电路 图2.差分放大器电路分析图
电压比较器LM393学习资料
电压比较器L M3 93
电压比较器LM393 【教材分析】 “电压比较器”这部分内容是上海市劳动技术教材（科教版）高二年级第二章控制技术里面电子控制系统部分的内容。理解掌握电压比较器电路的工作原理对于后续“光电自动循迹小车”控制原理部分的学习非常重要。 LM393数字电路作为一个新的知识点，如果结合“光电自动循迹小车”电路图讲解，由于还涉及到输入输出部分的分析，很多学生理解起来有困难。只有将电压比较器在电路中的功能及应用讲清讲透彻，在这个基础条件上再让学生学习制作“光电自动循迹小车”能起到事半功倍的效果。 本节课从电压比较器接法分析和实验验证入手，一步步引导学生深入探讨，然后结合生活实例让学生动手设计制作“光控照明电路”，在实践中加深 学生对于电压比较器的理解掌握。 【学情分析】 由于高二已进行文理分班，考虑到本班级是文科班，在课堂教学内容安排 上我尽量降低难度，在理论知识讲解上要透彻，在实践操作指导上要细致，能让大多数学生都能体验技术设计的过程，感受技术活动的乐趣。 在前阶段的学习中学生已经认识了基本的电子元器件如电阻、发光二极 管、传感器等，用电子实验板搭建过几个简单电路，也了解了一些数字集成电路的知识。通过生活实例讲解电压比较器作用后，让学生通过实验板搭建实验验证，在此过程中学生既能理解电压比较器功能，又能了解LM393的电路接 法。在此基础上结合生活实际启发学生设计制作“光控照明电路”，引导学生拓宽思路，开拓视野，有助于培养学生分析问题解决问题的能力，有助于学生
综合设计能力的提高。 【教学目标】 1、知识与技能 （1）初步学会识读集成电路LM393的内部结构和引脚图。 （2）理解电压比较器在电路中的作用和接入电路的方法。 （3）学会用集成电路LM393设计制作简单的电子作品。 2、过程与方法 （1）共同探讨电压比较器接入电路的方法，选择合适电子元器件在电子实验板上搭建验证电路，探究电压比较器电路的工作原理。 （2）联系生活实际，通过分析、设计、制作、调试“光控照明电路”，进一步了解电压比较器在实际电路中的作用，提高分析问题、解决问题的能力。 3、情感态度与价值观 （1）通过电压比较器电路分析、在电子实验板上组装与实验调试，达到“理论一实践一理论”相结合，激发学习兴趣，增强创新意识，合作意识。 （2）通过“光控照明电路”的设计和制作，感悟数字技术对改善生活的作用，激发学习科学技术、应用科学技术的热情。 【教学重点与难点】 1、重点：电压比较器电路的工作原理 2、难点：电压比较器接入电路的方法 【教学器材】 教具：多媒体课件、多媒体实物投影
运算放大器构造及原理
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运算放大器的工作原理 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（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
电压比较器工作原理及应用实例
电压比较器工作原理及应用实例 时间：2011-11-24来源：作者：方佩敏 来源：https://www.wendangku.net/doc/f911509064.html, 本文主要介绍电压比较器基本概念、工作原理及典型工作电路，并介绍一些常用的电压比较器。 电压比较器(以下简称比较器)是一种常用的集成电路。它可用于报警器电路、自动控制电路、测量技术，也可用于V/F变换电路、A/D变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。 什么是电压比较器 简单地说，电压比较器是对两个模拟电压比较其大小(也有两个数字电压比较的，这里不介绍)，并判断出其中哪一个电压高，如图1所示。图1(a)是比较器，它有两个输入端：同相输入端(“+”端)及反相输入端(“-”端)，有一个输出端Vout(输出电平信号)。另外有电源V+及地(这是个单电源比较器)，同相端输入电压VA，反相端输入VB。VA和VB的变化如图1(b)所示。在时间0～t1时，VA>VB；在t1～t2时，VB>VA；在t2～t3时，VA>VB。在这种情况下，Vout 的输出如图1(c)所示：VA>VB时，Vout输出高电平(饱和输出)；VB>VA时，Vout 输出低电平。根据输出电平的高低便可知道哪个电压大。 如果把VA输入到反相端，VB输入到同相端，VA及VB的电压变化仍然如图1(b)所示，则Vout输出如图1(d)所示。与图1(c)比较，其输出电平倒了一下。输出电平变化与VA、VB的输入端有关。 图2(a)是双电源(正负电源)供电的比较器。如果它的VA、VB输入电压如图
1(b)那样，它的输出特性如图2(b)所示。VB>VA时，Vout输出饱和负电压。 如果输入电压VA与某一个固定不变的电压VB相比较，如图3(a)所示。此VB称为参考电压、基准电压或阈值电压。如果这参考电压是0V(地电平)，如图3(b)所示，它一般用作过零检测。 比较器的工作原理 比较器是由运算放大器发展而来的，比较器电路可以看作是运算放大器的一种应用电路。由于比较器电路应用较为广泛，所以开发出了专门的比较器集成电路。 图4(a)由运算放大器组成的差分放大器电路，输入电压VA经分压器R2、R3分压后接在同相端，VB通过输入电阻R1接在反相端，RF为反馈电阻，若不考虑输入失调电压，则其输出电压Vout与VA、VB及4个电阻的关系式为： Vout=(1+RF/R1)·R3/(R2+R3)VA-(RF/R1)VB。若R1=R2，R3=RF，则 Vout=RF/R1(VA-VB)，RF/R1为放大器的增益。当R1=R2=0(相当于R1、R2短路)，R3=RF=∞(相当于R3、RF开路)时，Vout=∞。增益成为无穷大，其电路图就形成图4(b)的样子，差分放大器处于开环状态，它就是比较器电路。实际上，运放处于开环状态时，其增益并非无穷大，而Vout输出是饱和电压，它小于正负电源电压，也不可能是无穷大。
运算放大器基础
运算放大器核心是一个差动放大器。 就是两个三极管背靠背连着。共同分担一个横流源的电流。三极管一个是运放的 正向输入，一个是反向输入。正向输入的三极管放大后送到一个功率放大电路放 大输出。 这样，如果正向输入端的电压升高，那么输出自然也变大了。如果反相输入端电 压升高，因为反相三级管和正向三级管共同分担了一个恒流源。反向三级管电流 大了，那正向的就要小，所以输出就会降低。因此叫反向输入。 当然，电路内部还有很多其它的功能部件，但核心就是这样的。 数字电路即为TTL或C-MOS逻辑电路，而谈到模拟电路，首先就应想到运算放大器。但是，这里讲的运算放大器是怎样一个器件呢? 简而言之，运算放大器是具有两个输入端，一个输出端，以极大的放大率将两输入端之间的电压放大之后，传递到输出端的一种放大器。 如果以电路符号来表示运算放大器，则如 右图，可表示为三角形。它的两个输入部分分 别叫做非倒相输入(1N＋)和倒相输入(IN－)。 它以极大的放大率将倒相输入端与非倒相输 人端之间的电压放大，然后从输出端(OUT)输 出。 模拟/zh2002202 发表于2007-04-09, 14:09 1．“虚断”和“虚短”概念 如果为了简化包含有运算放大器的电子电路，总是假设运算放大器是理想的，这样就有“虚短”和“虚断”概念。 “虚短”是指在理想情况下，两个输入端的电位相等，就好像两个输入端短接在一起，但事实上并没有短接，称为“虚短”。虚短的必要条件是运放引入深度负反馈。 “虚断”是指在理想情况下，流入集成运算放大器输入端电流为零。这是由于理想运算放大器的输入电阻无限大，就好像运放两个输入端之间开路。但事实上并没有开 路，称为“虚断”。 2．集成运算放大器线性应用电路 集成运算放大器实际上是高增益直耦多级放大电路，它实现线性应用的必要条件是引入深度负反馈。此时，运放本身工作在线性区，两输入端的电压与输出电压成线 性关系，各种基本运算电路就是由集成运放加上不同的输入回路和反馈回路构成。 在分析由运放构成的各种基本运算电路时，一定要抓住不同的输入方式（同相或反相）和负反馈这两个基本点。 3．有源滤波电路
电压比较器教程文件
电压比较器
实验十集成运放基本应用之三——电压比较电路 姓名：班级：学号：实验时间： 一、实验目的 1、掌握比较器的电路构成及特点 2、学会测试比较器的方法 二、实验原理 1、图1所示为一最简单的电压比较器，UR为参考电压，输入电压Ui加在反相输入端。图1（b）为（a）图比较器的传输特性。 (a) 图1 电压比较器 (b) 当Ui
(a) 图2 过零比较器 (b) (2)、图3为滞回比较器。 过零比较器在实际工作时，如果Ui恰好在过零值附近，则由于零点漂移的存在，Uo将不断由一个极限值转换到另一个极限值，这在控制系统中，对执行机构将是很不利的。为此就需要输出特性具有滞回现象。如图3所示： (a) (b) 图3 滞回比较器 从输出端引入一个电阻分压支路到同相输入端，若Uo 改变状态，U∑ 点也随着改变点位，使过零点离开原来位置。当Uo 为正（记作U D ）U∑=[ R2/（ R2+ R f ）]* U D ，则当UD> U∑后,Uo 再度回升到UD，于是出现图（b）中所示的滞回特性。- U∑ 与U∑ 的差别称为回差。改变R2 的数值可以改变回差的大小。 三、实验设备与器件 1、±12V直流电源 2、直流电压表 3、函数信号发生器 4、交流毫伏表 5、双踪示波器 6、运算放大器μA741×2 7、稳压管2CW231×1 8、二极管4148×2 9、电阻器等
放大器的精度和稳定性
电路结构建议采用典型电路形式和厂商提供的电路，许多电路结构都是经过很多工程师们反复实验和验证过的。采用OP构成的放大器电路的精度主要与外部元器件参数有关，例如放大倍数与外接的电阻有关。 解决放大器的稳定性就比较复杂了，涉及到放大器的电路结构、PCB布局、电源供给、以及放大器所在的系统环境等等、等等。 一些建议如下： 与分立器件相比，现代集成运算放大器（op amp）和仪表放大器（in-amp）为设计工程师带来了许多好处。虽然提供了许多巧妙、有用并且吸引人的电路。往往都是这样，由于仓促地组装电路而会忽视了一些非常基本的问题，从而导致电路不能实现预期功能——或者可能根本不工作放大器电路设计：如何避免常见问题。 （1）最常遇到的一个应用问题是在交流（AC）耦合运算放大器或仪表放大器电路中没有提供偏置电流的直流（DC）回路。在图1中，一只电容器与运算放大器的同相输入端串联以实现AC耦合，这是一种隔离输入电压（VIN）的DC分量的简单方法。这在高增益应用中尤其有用，在那些应用中哪怕运算放大器输入端很小的直流电压都会限制动态范围，甚至导致输出饱和。然而，在高阻抗输入端加电容耦合，而不为同相输入端的电流提供DC通路，会出现问题。 图1 运算放大器AC耦合输入错误的连接形式 （2）在仪表放大器的输出端和ADC的输入端之间通常接一个简单的RC低通抗混叠滤波器以减少带外噪声。RC低通滤波器的典型值：R = 50Ω~ 200Ω，C = 1/(2πR F)，按电路的-3 dB带宽设置C的取值。 （3）当从电源电压利用分压器为放大器提供参考电压时应保证PSR性能 一个经常忽视的问题是电源电压VS的任何噪声、瞬变或漂移都会通过参考输入按照分压比经过衰减后直接加在输出端。实际的解决方案包括旁路滤波以及甚至使用精密参考电压IC 产生的参考电压，例如ADR121，代替Vs分压。
运算放大器11种经典电路
运算放大器组成的电路五花八门，令人眼花瞭乱，是模拟电路中学习的重点。在分析它的工作原理时倘没有抓住核心，往往令人头大。特搜罗天下运放电路之应用，来个“庖丁解牛”，希望各位从事电路板维修的同行，看完后有所收获。 遍观所有模拟电子技朮的书籍和课程，在介绍运算放大器电路的时候，无非是先给电路来个定性，比如这是一个同向放大器，然后去推导它的输出与输入的关系，然后得出Vo=(1+Rf)Vi，那是一个反向放大器，然后得出 Vo=-Rf*Vi……最后学生往往得出这样一个印象：记住公式就可以了！如果我们将电路稍稍变换一下，他们就找不着北了！偶曾经面试过至少100个以上的大专以上学历的电子专业应聘者，结果能将我给出的运算放大器电路分析得一点不错的没有超过10个人！其它专业毕业的更是可想而知了。 今天，芯片级维修教各位战无不胜的两招，这两招在所有运放电路的教材里都写得明白，就是“虚短”和“虚断”，不过要把它运用得出神入化，就要有较深厚的功底了。 虚短和虚断的概念 由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB以上。而运放的输出电压是有限的，一般在 10 V～14 V。因此运放的差模输入电压不足1 mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。 “虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。 由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1uA，远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。 在分析运放电路工作原理时，首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、减法器，什么差动输入……暂时忘掉那些输入输出关系的公式……这些东东只会干扰你，让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数，这是设计者要考虑的事情。我们理解的就是理想放大器（其实在维修中和大多数设计过程中，把实际放大器当做理想放大器来分析也不会有问题）。
二级运算放大电路版图设计
1前言1 2二级运算放大器电路 1 2.1电路结构 1 2.2设计指标 2 3 Cadence仿真软件 3 3.1 schematic原理图绘制 3 3.2 生成测试电路 3 3.3 电路的仿真与分析 4 3.1.1直流仿真 4 3.1.2交流仿真 4 3.4 版图绘制 5 3.4.1差分对版图设计 6 3.4.2电流源版图设计 7 3.4.3负载MOS管版图设计 7 3.5 DRC & LVS版图验证 8 3.5.1 DRC验证 8 3.5.2 LVS验证 8 4结论 9 5参考文献 9
本文利用cadence软件简述了二级运算放大器的电路仿真和版图设计。以传统的二级运算放大器为例，在ADE电路仿真中实现0.16umCMOS工艺，输入直流电源为5v，直流电流源范围27~50uA,根据电路知识，设置各个MOS管合适的宽长比，调节弥勒电容的大小，进入stectre仿真使运放增益达到40db，截止带宽达到80MHz和相位裕度至少为60。。版图设计要求DRC验证0错误，LVS验证使电路图与提取的版图相匹配，观看输出报告，要求验证比对结果一一对应。 关键词：cadence仿真，设计指标，版图验证。 Abstract In this paper, the circuit simulation and layout design of two stage operational amplifier are briefly described by using cadence software. In the traditional two stage operational amplifier as an example, the realization of 0.16umCMOS technology in ADE circuit simulation, the input DC power supply 5V DC current source 27~50uA, according to the circuit knowledge, set up each MOS tube suitable ratio of width and length, the size of the capacitor into the regulation of Maitreya, the simulation of stectre amplifier gain reaches 40dB, the cut-off bandwidth reaches 80MHz and the phase margin of at least 60.. The layout design requires DRC to verify 0 errors, and LVS validation makes the circuit map matching the extracted layout, viewing the output report, and requiring verification to verify the comparison results one by one. Key words: cadence simulation, design index, layout verification.
运算放大器
运算放大器 绪论 运算放大器是电压控制型电压源模型，其增益（放大倍数）非常大。运算放大器有5个端子、4个端口的有源器件。其符号和内部结构如图1所示： 图1 运算放大器模型和内部结构图 图中电压VCC和VEE是由外部电源提供，通常决定运算放大器的输出电压等级。符号“＋”和“—”分别表示同相和反相。输入电压Vp和Vn以及输出电压Vo都是对地电压。 运算放大器的五个接线端构成了一个广义节点，如果电流按照图1所示定义，根据KCL （基尔霍夫电流定律）有如下公式： 因此，为了保持电流平衡，我们必须将所有电流都包括进来，这是根据有源器件的定义得出的。如果我们仅仅考虑输入和输出电流来列出KCL，则等式不成立，即： 运算放大器的等效电路模型如图2所示。电压Vi是输入电压Vp和Vn的差值即Vi＝Vp －Vn。Ri是放大器的输入电阻，Ro是输出电阻。放大参数A称为开环增益。
运算放大器的开环结构定义为：运算放大器的结构中不包括将输入和输出端连接起来的回路。 图2 运算放大器的等效电路模型 如果输出端不接任何负载，输出电压为： 该公式说明，输出电压Vo是与输入电压Vp和Vn之差的函数。因此可以说该运算放大器是差值放大器。 大多数实际的运算放大器的开环放大倍数是非常大的。例如，比较常用的741型运算放大器，它的放大倍数为200000Vo/Vi，甚至一些运算放大器的放大倍数达到108 Vo/Vi。 反映输入电压和输出电压关系的曲线称为电压传输特性，而且该曲线是放大器电路设计和分析的基础。运算放大器的电压传输曲线如图3所示： 图3 电压传输特性曲线
注意：该曲线有2个变化区域，一个为在Vi＝0V附近时，输出电压和输入电压成正比例放大，称之为线性区域；另一个为Vo随Vi改变而不变的区域，称之为饱和区（或非线性区）。 可以通过设计让运算放大电路工作在上述的2个区域。在线性区域Vo和Vi直线的斜率是非常大的，实际上，它与开环放大倍数A相等。例如，741运算放大器正负电源电压为VCC=+10V，VEE=－10V，Vo的饱和值（最大输出电压）一般在±10 V，而当A＝200000 Vo/Vi 时，可以算出输入的电压非常小：10/200,000 = 50μV。
比较器工作原理及应用
电压比较器（以下简称比较器）就是一种常用得集成电路。它可用于报警器电路、自动控制电路、测量技术,也可用于V/F 变换电路、 A ／D 变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。本文主要介绍其基本概念、工作原理及典型工作电路，并介绍一些常用得电压比较器。 什么就是电压比较器 简单地说，电压比较器就是对两个模拟电压比较其大小（也有两个数字电压比较得，这里不介绍）,并判断出其中哪一个电压高，如图1所示。图1（a）就是比较器，它有两个输入端：同相输入端（“ + ” 端）及反相输入端（“一”端）,有一个输出端Vou t （输出电平信号）。另外有电源V+ 及地（这就是个单电源比较器），同相端输入电压VA,反相端输入VB。V A与VB得变化如图1（b ）所示。在时间0~ t 1时,V A > V B ;在上1?t 2时,V B > VA ;在上2~t3时,V A> VB。在这种情况下，Vo u t得输出如图1 （c）所示：V A>VB 时，Vou t输出高电平（饱与输出）；V B >V A时，V o u t输出低电平。根据输出电平得高低便可知道哪个电压大.
如果把V A 输入到反相端，V E 输入到同相端，VA 及V B 得电压变化仍然如图1(b)所示则Vout 输出如图1(d )所示.与图 1 (c )比较,其输出电平倒了一下。输出电平变化与 VA 、VE 得输入 端有关。 图2⑻就是双电源(正负电源)供电得比较器?如果它得 VA 、VB 输入电压如图1 (b )那样，它得输出特性如图2(b)所示。VB > V A 时,Vou t 输出饱与负电压。 国1 ■KT \ I V 咚庄
运算放大器的稳定性6―电容性负载稳定性
运算放大器稳定性 第 6 部分（共 15 部分）电容性负载稳定性：R ISO 、高增益及 CF 、噪声增益 作者：Tim Green ，德州仪器 本系列的第六部分是新《电气工程》杂志 (Electrical Engineering ) 中“保持容性负载稳定的六种方法”栏目的开篇。这六种方法是 R ISO 、高增益及 CF 、噪声增益、噪声增益及 CF 、输出引脚补偿 (Output Pin Compensation )，以及具有双通道反馈的 R ISO 。本部分将侧重于讨论保持运算放大器输出端容性负载稳定性的前三种方法。第 7 和第 8 部分将详细探讨其余三种方法。我们将采用稳定性分析工具套件中大家都非常熟悉的工具来分析每种方法，并使用一阶分析法来进行描述。该描述方法是：通过 Tina SPICE 环路稳定仿真进行相关确认；通过 Tina SPICE 中的 V OUT ／V IN AC 传递函数分析来进行检验；最后采用 Tina SPICE 进行全面的实际瞬态稳定性测试 (Transient Real World Stability Test)。在过去长达 23 年中，我们在真实环境以及实际电路情况下进行了大量测算，充分验证了这些方法的有效性。然而，由于资源的限制，本文所述电路并未进行实际制作，在此仅供读者练习或在自己的特定应用（如分析、合成、仿真、制作以及测试等）中使用。 运算放大器示例与 R O 计算 在本部分中，用于稳定性示例的器件将是一种高达 +/40V 的高电压运算放大器 OPA452。这种“功能强大的运算放大器”通常用于驱动压电致动器 (piezo actuator)，正如您可能已经猜到的那样，该致动器大多为纯容性的。该放大器的主要参数如图 6.1 所示。图中未包含小信号 AC 开环输出阻抗 R O 这一关键参数，在驱动容性负载时，该参数对于简化稳定性分析极其重要。由于参数表中不含该参数，因而我们需要通过测量得出 R O 。由于 Analog & RF Models 公司 (https://www.wendangku.net/doc/f911509064.html,/%7Ewksands/) 的 W. K. Sands 为该放大器构建了 SPICE 模型，因而我们可用 Tina SPICE 来测量 R O 。对于数据表参数而言，W. K. Sands SPICE 模型已经过长期而反复的考证具有极高的精确性，更重要的是，它是真正的硅芯片部件！ 运算放大器稳定性 OPA452 Supply: +/-10V to +/-40V Slew Rate: +7.2V/us, -10V/us Vout Saturation: Io=50mA, (V-)+5V, (V+)-5.5V Io=10mA, (V-)+2V, (V+)-2V 图 6.1：OPA542 重要参数 为了测试 R O ，我们在图 6.2 的开环增益和相位与OPA452 频率关系图上标注“工作点 (operating point )”。通过测试此“工作点”（无环路增益的频率与增益点）的 R OUT ，R OUT = R O （如欲了解R O 及 R OUT 的详细探讨，敬请参见本系列的第 3 部分）。 R O Test Point
常见运算放大电路
运算放大器分类总结
一、通用型运算放大器通用型运算放大器 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μA741（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。下面就实验室里也常用的LM358来做一下介绍: LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。： 外观管脚图 它的特点如下： ·内部频率补偿 ·直流电压增益高(约100dB) ·单位增益频带宽(约1MHz) ·电源电压范围宽：单电源(3—30V)双电源(±1.5 一±15V) ·低功耗电流，适合于电池供电 ·低输入偏流 ·低输入失调电压和失调电流 ·共模输入电压范围宽，包括接地 ·差模输入电压范围宽，等于电源电压范围 ·输出电压摆幅大(0 至Vcc-1.5V)
大信号频率响应大信号电压开环增益 电压跟随器对小信号脉冲的响应 电压跟随器对小信号脉冲的响应 常用电路： （1）、正向放大器 根据虚短路，虚开路，易知：
（2）、高阻抗差分放大器 电路左半部分可以看作两个同向放大器，分别对e1，e2放大（a+b+1)倍，右半部分为一个差分放大器放大系数为C，因此得到结果： 0 (21)(1) eCeea b （3）、迟滞比较器 将输入电平与参考电平作比较，根据虚短路，虚开路有： 将输入电平与参考电平作比较，根据虚短路，虚开路有： 二、高精度运算放大器 所谓高精度运放是一类受温度影响小，即温漂小，噪声低，灵敏度高，适合微小信号放大用的运算放大器。 高精度运算放大器的运用范畴很广，在产业领域中可用于量测仪器、控
集成运放大器的基础知识
课题集成运放大器的基础知识所属章节第三章：集成运算放大器 教学目的1、了解集成运放的组成的符号 2、掌握理想运放的两个重要结论 教学重点1、运算放大器的组成 2、运算放大器的电路符号 3、运算放大器的主要参数 4、理想运算放大器 教学方法讲授法、多媒体课件教学 课题引入 集成运算放大器最早应用于模拟计算机中，如完成加法、减法等数学运算。而今主要有来完成信号的产生、转换、处理等，集成运算放大器已得到广泛应用。 授课内容 一、集成运算放大器的组成及符号 集成运算放大器实质上是一种双端输入、单端输出，具有高增益，高输入阻抗、低输出阻抗的多极直接耦合放大电路。 1、电路组成 集成运放内部组成框图如图所示。 ①输入级 输入级又称前置级，它往往是一个双端输入的高性能差分放大电路。一般要求其输入电阻高，差模放大倍数大，抑制共模信号的能力强，静态电流小。 ②中间级 中间级是整个放大电路的主要放大电路。其作用是使集成运放具有较强的放大能力，多采用共射（或共源）放大电路。而且为了提高电压放大倍数，经常采用复合管做放大管，以恒流源作集电极负载。其电压放大倍数可达千倍以上。 ③输出级 输出级具有输出电压线性范围宽，输出电阻小（即带负载能力强），非线性失真小等优点。多采用互补对称发射极输出电路。 ④偏置电路 偏置电路用于设置集成运放各级放大电路的静态工作点。与分 授课内容立元件不同，集成运放多采用电流源电路为各级提供合适的集电
极（或发射极、漏极）静态工作电流，从而确定了合适的静态工作点。 2、电路符号 旧标准新标准 二、集成运放的主要参数 1、开环差模电压放大倍数Avd 在集成运放无外加反馈时的直流差模放大倍数称为开环差模电压放大倍数。 2、共模抑制比K CMR 共模抑制比等于差模放大倍数与共模放大倍数之比的绝对值， 3、差模输入电阻R id 集成运放在输入差模信号时的输入电阻。 4、输出电阻Ro 集成运放开环状态下的输出电阻。 5、输入失调电压v IO 理想集成运放，当输入为零时，输出也为零。但实际集成运放的差分输入级不易做到完全对称，在输入为零时，输出电压可能不为零。为使其输出为零，人为的在输入端加一补偿电压，称此补偿电压为输入失调电压，用v IO表示。 6、输入失调电流I IO 集成运放在常温下，当输出电压为零时，两输入端的静态电流之差，称为输入失调电流，用I IO表示， 三、理想集成运算放大器 理想运算放大器的条件： 1、开环差模增益（放大倍数）A vd=∞； 2、差模输入电阻R id =∞； 3、输出电阻Ro=0； 4、共模抑制比K CMR=∞； 两条重要结论： ①理想集成运放两输入端的净输入电压等于零。即 v i =v N -v P =0 v N =v P， 通常称为“虚短”。 ②理想集成运放的两输入端电流均为零。即 i N -i P =0,通常称为“虚断” 。 课堂练习1、集成运放电路是一种高增益的放大器，它的内部电
运算放大器技术合集：运放工作原理、基础及经典电路分析
运算放大器技术合集：运放工作原理、基础及经典电路分析 一、入门篇：运算放大器的工作原理、基础 *运算放大器的工作原理 运算放大器具有两个输入端和一个输出端，如图1-1所示，其中标有“+”号的输入端为“同相输入端”而不能叫做正端)，另一只标有“一”号的输入端为“反相输入端”同样也不能叫做负端，如果先后分别从这两个输入端输入同样的信号，则在输出端会得到电压相同但极性相反的输出信号：输出端输出的信号与同相输人端的信号同相，而与反相输入端的信号反相。 运算放大器所接的电源可以是单电源的，也可以是双电源的，如图1-2所示。运算放大器有一些非常有意思的特性，灵活应用这些特性可以获得很多独特的用途，总的来说，这些特性可以综合为两条： 1、运算放大器的放大倍数为无穷大。 2、运算放大器的输入电阻为无穷大，输出电阻为零。 现在我们来简单地看看由于上面的两个特性可以得到一些什么样的结论。 首先，运算放大器的放大倍数为无穷大，所以只要它的输入端的输入电压不为零，输出端就会有与正的或负的电源一样高的输出电压本来应该是无穷高的输出电压，但受到电源电压的限制。准确地说，如果同相输入端输入的电压比反相输入端输入的电压高，哪怕只高极小的一点，运算放大器的输出端就会输出一个与正电源电压相同的电压;反之，如果反相输入端输入的电压比同相输人端输入的电压高，运算放大器的输出端就会输出一个与负电源电压相同的电压(如果运算放大器用的是单电源，则输出电压为零)。 其次，由于放大倍数为无穷大，所以不能将运算放大器直接用来做放大器用，必须要将输出的信号反馈到反相输入端(称为负反馈)来降低它的放大倍数。如图1-3中左图所示，R1的
LM339比较器应用电路
lm339应用电路图：LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是：失调电压小，典型值为2mV；电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为±1V-±18V；对比较信号源的内阻限制较宽；共模范围很大，为0~（Ucc-1.5V）Vo；差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压；输出端电位可灵活方便地选用。 LM339集成块采用C-14型封装，图1为外型及管脚排列图。由于LM339使用灵活，应用广泛，所以世界上各大IC生产厂、公司竟相推出自己的四比较器，如IR2339、ANI339、SF339等，它们的参数基本一致，可互换使用。 LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选3-15K）。选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。另外，各比较器的输出端允许连接在一起使用。 单限比较器电路 图3为某仪器中过热检测保护电路。它用单电源供电，1/4LM339的反相输入端加一个固定的参考电压，它的值取决于R1于R2。UR=R2/（R1+R2）*UCC。同相端的电压就等于热敏元件Rt的电压降。当机内温度为设定值以下时，“+”端电压大于“-”端电压，Uo为高电位。当温度上升为设定值以上时，“-”端电压大于“+”端，比较器
运算放大器稳定性实验
●Hello,and welcome to the TI Precision Lab supplement for op amp stability. ●This lab will walk through detailed calculations,SPICE simulations,and real-world measurements that greatly help to reinforce the concepts established in the stability video series. ●你好，欢迎来到TI Precision Labs（德州仪器高精度实验室）的运放稳定 性环节。 ●这个实验会包括计算，SPICE仿真和实际测试。这些环节帮助大家对视频中 的概念加深理解。
●The detailed calculation portion of this lab can be done by hand,but calculation tools such as MathCAD or Excel can help greatly. ●The simulation exercises can be performed in any SPICE simulator,since Texas Instruments provides generic SPICE models of the op amps used in this lab. However,the simulations are most conveniently done in TINA-TI,which is a free SPICE simulator available from the Texas Instruments website.TINA simulation schematics are embedded in the presentation. ●Finally,the real-world measurements are made using a printed circuit board,or PCB,provided by Texas Instruments.If you have access to standard lab equipment,you can make the necessary measurements with any oscilloscope, function generator,Bode plotter,and±15V power supply.However,we highly recommend the VirtualBench from National Instruments.The VirtualBench is an all-in-one test equipment solution which connects to a computer over USB or Wi-Fi and provides power supply rails,analog signal generator and oscilloscope channels,and a5?digit multimeter for convenient and accurate measurements. This lab is optimized for use with the VirtualBench. ●本实验的计算可以通过實際計算，如果使用Mathcad或者Excel这样工具会 更好。
电压比较器资料讲解
电压比较器 电压比较器是对输入信号进行鉴幅与比较的电路，是组成非正弦波发生电路的基本单元电路，在测量和控制中有着相当广泛的应用。 电压比较器的功能是对两个输入电压的大小进行比较，并根据比较结果输出高、低两个电平。此外由于高电平相当于逻辑“1”，低电平相当逻辑“0”，所以比较器可作为摸拟与数字电路之间的接口电路. 由于比较器输出只有两个状态，因此，用作比较器的运放将工作在开环或正反馈的非线性状态。 电压比较器的电路符号 电压比较器的基本特性 1. 输出 高电平(U oH )和低电平(U oL ) 用运放构成的比较器，其输出的高电平UoH 和低电平UoL 可分别接近于正电源电压(UCC)和负电源电压(-UCC)。 2. 鉴别灵敏度 理想的电压比较器，在高、低电平转换的门限UT 处具有阶跃的传输特性。 这就要求运放： 实际运放的Aud 不为无穷大。在UT 附近存在着一个比较的不灵敏区。在该区域内输出既非UoH ，也非UoL ，故无法对输入电平大小进行判别。 显然，Aud 越大，则不灵敏区就越小，称比较器的鉴别灵敏度越高。 3.转换速度 作为比较器的另一个重要特性就是转换速度，即比较器输出状态发生转换所需要的时间。 ud A = ∞ u u EE u -u +
通常要求转换时间尽可能短，以便实现高速比较。为此可对比较器施加正反馈，以提高转换速度。 理想集成运放非线性应用时的特点 非线性应用的条件：运放开环或施加正反馈。 非线性应用特点： 反相电压比较器 电路如图所示， 输入信号u i 加在反相端，参考电压u r 加在同相端。 u i < u r ， u o =U OH ui > ur ， uo=UOL 。 同相电压比较器 电路如图所示， 输入信号u i 加在同相端，参考电压u r 加在反相端。 ui < ur ， uo=UOL ui > ur ， uo=UOH 当参考电压为零时，则为同相过零比较器。 o CC oL o CC oH i i u u u U U u u u U U +--+ -+==>≈-=<≈+=