An Applications Guide for OP
Amps
National Semiconductor Corporation
运算放大器使用指南
美国国家半导体公司
运算放大器使用指南
目 录
1. Introduction..............................................................................................3
2. The Inverting Amplifier............................................................................5
3. The Non-Inverting Amplifier....................................................................8
4. The Unity-Gain Buffer..............................................................................9
5. Summing Amplifier................................................................................ 11
6. The Difference Amplifier .......................................................................12
7. Differentiator ..........................................................................................14
8. Integrator................................................................................................17
9. Simple Low-pass Filter..........................................................................19
10. The Current-to-Voltage Converter..................................................21
11. Photocell Amplifiers........................................................................23
12. Precision Current Source ...............................................................26
13. Adjustable Voltage References ......................................................29
14. The Reset Stabilized Amplifier .......................................................33
15. The Analog Multiplier ......................................................................35
16. The Full-Wave Rectifier and Averaging Filter................................38
17. Sine Wave Oscillator .......................................................................42
18. Triangle-Wave Generator ................................................................44
19. Tracking Regulated Power Supply.................................................47
20. Programmable Bench Power Supply.............................................49
21. Conclusions.....................................................................................52
22. 附录 I Definition of Terms ............................................................53
23. References .......................................................................................54
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运算放大器使用指南
我们知道，通用 OP 工作在这样的情况下：在接入负反馈环路后，OP 和反馈环路的特
性仅由反馈环路来决定。为了得到这样的特性，理想 OP 应该有无限大的输入阻抗，0 输出
内阻抗，无限大的增益，无限大的开环增益带宽（3dB 带宽），以及其 6dB/每 2 倍频程的频
率滚降。不幸的是，要想实现这样的电路，其成本也将是无限的。
OP 技术上的发展，特别是在整合周边电路方面的进步，使得我们能够用有限的成本，
在工程上实现近似于理想状态的 OP。在计入数量因素后，使用同时期的高性能集成 OP 的
成本已经比 5 年前使用分立元件的成本大大下降。正是有了 OP 这种高性能，低成本的产品，
才使得一些原来为分立元件系统成本和技术所限制的电路得以实现。一个很好的例子就是低
频函数发生器，它可以由 15 到 20 片 OP 完成，包括波形整形，触发和相位锁定电路。
使用OP可以降低生产的成本，这使得系统和设备设计工程师们有必要熟悉OP的特性。
本文将讲述OP的使用方法，从简单的缓冲器到复杂的信号发生器和波形整形电路。本文不
讨论OP的基本理论，请参阅附注里的参考文献1，2，3，4。本文仅讨论OP的实际应用，OP
参数的选择对电路的影响，并给出应用限制条件的概述。
我们按照从简到繁，分 5 个阶段来讨论 OP 的运用：简单放大器，运算电路，信号变送
电路，整形电路和信号发生电路，电源电路。我们所例举的集成 OP，一般包含了内部频率
补偿电路，所以外部频率补偿电路没有给出。当然，我们也可以选择其他的 OP 以达到更高
的工作频率。OP 的参数说明在附件 I 里。
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运算放大器使用指南
which are not internally compensated may be used to achieve increased
performance in circuits where feedback network attenuation is high. As an
example, the LM101 may be operated at unity gain in the inverting amplifier
circuit with a 15 pF compensating capacitor, since the feedback network has
an attenuation of 6 dB, while it requires 30 pF in the non-inverting unity gain
connection where the feedback network has zero attenuation. Since amplifier
slew rate is dependent on compensation, the LM101 slew rate in the inverting
unity gain connection will be twice that for the non-inverting connection and the
inverting gain of ten connection will yield eleven times the slew rate of the
non-inverting unity gain connection. The compensation trade-off for a
particular connection is stability versus bandwidth, larger values of
compensation capacitor yield greater stability and lower bandwidth and vice
versa.
The preceding discussion of offset voltage, bias current and stability is
applicable to most amplifier applications and will be referenced in later
sections. A more complete treatment is contained in Reference 4.
基本的反相放大器电路示于图 1。顾名思义，在 R2/R1 的数值远小于 OP 开环增益时，
这个数值就是反相放大器的增益。输入阻抗就是 R1 的阻值，闭环增益带宽=单位增益带宽/
（1+闭环增益）
在设计中需要注意的是：R3 的阻值应该等于 R1 和 R2 的并联电阻，以减小输入偏置电
流所带来的失调电压。输出失调电压=输入失调电压*闭环增益
OP 输入端的失调电压有两个主要的来源，输入偏置电流（Input bias current）和输入失
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