第十章 運算放大器應用電路實驗 實習一 運算放大器之識別 實習二 反相放大器實驗 實習三 非反相放大器實驗 實習四 加法器及減法器實驗 第十章 運算放大器應用電路實驗 實習一　運算放大器之識別 實習二　反相放大器實驗 實習三　非反相放大器實驗 實習四　加法器及減法器實驗 實習五　微分器及積分器實驗 實習六　比較器實驗

理想運算放大器的符號與等效電路 (a) 符號 (b) 等效電路 ▲ 圖 理想運算放大器的符號與等效電路

理想運算放大器的輸入與輸出相位關係 (1) ▲ 圖 反相輸入 ▲ 圖 非反相輸入

理想運算放大器的輸入與輸出相位關係 (2) ▲ 圖 差動輸入 ▲ 圖 共模輸入

理想運算放大器的特性 1. 輸入阻抗無限大，即 2. 輸出阻抗為零，即Ro = 0 1. 輸入阻抗無限大，即　　 2. 輸出阻抗為零，即Ro = 0 3. 開迴路電壓增益（open-loop voltage gain）無限大，即 4. 頻帶寬度（BandWidth，簡記BW）無限大，即 5. 零輸入抵補電壓（offset voltage），當輸入信號Vi = 0時， Vo = 0 6. 共模拒斥比 7. 差動輸入電壓為零，即 8. 二輸入端電流為零，即

虛接（虛短路）觀念 1. 由於　　　　　　　 ，所以　　　　，依電路分析的觀念來看，兩輸入端為等電位如同相接，但是由於OP-Amp兩輸入端間的輸入阻抗極高，並非實際相接，所以稱之為『虛接（virtual connection）』。 2. 在輸出波形不失真（線性放大）的情況下，運算放大器才有「虛接」的特性。一般而言，OP-Amp接成負回授（negative feedback），意即由輸出端接一元件至反相輸入端，輸入端才可看做虛接。

運算放大器包裝接腳識別 (1) TO-5金屬包裝 1 8 (a) TO-5包裝 (b) 接腳圖 ▲ 圖 TO-5金屬包裝及接腳

運算放大器包裝接腳識別 (2) 8腳DIP包裝/SOP包裝 ▲ 圖 8腳DIP/SOP包裝及接腳 8 1 8 1 (a) DIP包裝 (b) SOP包裝 (c) 接腳圖 ▲ 圖 8腳DIP/SOP包裝及接腳

運算放大器包裝接腳識別 (3) 14腳DIP包裝/SOP包裝 ▲ 圖 14腳DIP/SOP包裝及接腳 14 1 (a) DIP包裝 14 1 (b) SOP包裝 (c) 單一OPA型 (d) 雙組OPA型 ▲ 圖 14腳DIP/SOP包裝及接腳

運算放大器包裝接腳識別 (4) (e) 四組OPA型 ▲ 圖 14腳DIP/SOP包裝及接腳（續）

▲ 圖 一般運算放大器之開迴路電壓增益的響應 非理想運算放大器 (1) 1. 有限的開迴路電壓增益 ▲ 圖 一般運算放大器之開迴路電壓增益的響應 　　　為誤差因素，若開迴路電壓增益Avo愈小，則誤差愈大。

非理想運算放大器 (2) 2. 有限的頻寬 增益-頻寬乘積為一常數，如果要提高頻寬，則其增益必定會降低，因此在設計應用電路時，應避免過大的電壓增益導致頻寬下降。 ▲ 圖 一般運算放大器之增益及頻寬的關係

非理想運算放大器 (3) 3. 有限的迴轉率 ▲ 圖 有限迴轉率下的放大器輸出波形響應 (a) 方波或脈波輸入的響應 3. 有限的迴轉率 (a) 方波或脈波輸入的響應 (b) 正弦波輸入的響應 ▲ 圖 有限迴轉率下的放大器輸出波形響應

非理想運算放大器 (4) 4. 非零抵補電壓 ▲ 圖 非零輸入抵補電壓

非理想運算放大器 (5) 5. 非零輸入偏壓電流 為了消除輸入偏壓電流，常在非反相輸入端串接R3電阻。 ▲ 圖 非零輸入偏壓電流

非理想運算放大器 (6) 6. 有限的輸入阻抗 理想運算放大器的輸入阻抗Ri等於無限大，實際運算放大器的輸入阻抗雖非無限大，但因輸入級採用差動放大器，輸入阻抗非常大，如BJT輸入級的輸入阻抗約為　　 ，FET輸入級的輸入阻抗約為　　 。 7. 非零輸出阻抗 理想運算放大器的輸出阻抗Ro等於零，實際運算放大器的輸出阻抗約為　　 以下，因此有部分的輸出信號將會消耗在輸出阻抗，導致輸出電壓及增益的下降。

反相放大器 ▲ 圖 反相放大器

非反相放大器 ▲ 圖 非反相放大器

電壓隨耦器 ▲ 圖 電壓隨耦器

加法器（和放大器）(1) 反相加法器 ▲ 圖 反相加法器

加法器（和放大器）(2) 非反相加法器 (a) 電路圖 (b) 等效電路 ▲ 圖 非反相加法器

減法器（差放大器） (a) 電路圖 (c) v1 = 0之等效電路 (b) v2 = 0之等效電路 ▲ 圖 減法器

微分器 (1) 一般型微分器 ▲ 圖 微分器

微分器 (2) (a) 輸入三角波之響應 (b) 輸入正弦波之響應 ▲ 圖 不同輸入信號的輸出響應

微分器 (3) 改良型微分器 1. 當輸入信號頻率 時，電路如同一微分器且輸出 。 2. 當輸入信號頻率 時，電路如同一反相器且輸出 。 1. 當輸入信號頻率　　　 時，電路如同一微分器且輸出　　　　　。 2. 當輸入信號頻率　　　 時，電路如同一反相器且輸出　　　　 。 ▲ 圖 改良型微分器

積分器 (1) 一般型積分器 ▲ 圖 積分器

積分器 (2) (a) 輸入方波之響應 (b) 輸入正弦波之響應 ▲ 圖 不同輸入信號的輸出響應

積分器 (3) 改良型積分器 1. 當輸入信號頻率 時，電路如同一積分器且輸出 。 2. 當輸入信號頻率 時，電路如同一反相器且輸出 。 1. 當輸入信號頻率　　　 時，電路如同一積分器且輸出　　　　　　。 2. 當輸入信號頻率　　　 時，電路如同一反相器且輸出　　　　 。 ▲ 圖 改良型積分器

比較器 (1) 基本比較器 (a) 電路圖 (b) 轉移特性曲線 ▲ 圖 基本比較器

比較器 (2) 零位比較器 ▲ 圖 零位比較器（非反相輸入型） ▲ 圖 零位比較器（反相輸入型） (a) 電路圖 (b) 輸入與輸出波形 ▲ 圖 零位比較器（非反相輸入型） (a) 電路圖 (b) 輸入與輸出波形 ▲ 圖 零位比較器（反相輸入型）

比較器 (3) 正電位比較器 ▲ 圖 正電位比較器（非反相輸入型） ▲ 圖 正電位比較器（反相輸入型） (a) 電路圖 (b) 輸入與輸出波形 ▲ 圖 正電位比較器（非反相輸入型） (a) 電路圖 (b) 輸入與輸出波形 ▲ 圖 正電位比較器（反相輸入型）

比較器 (4) 負電位比較器 ▲ 圖 負電位比較器 （非反相輸入型） ▲ 圖 負電位比較器 （反相輸入型） (a) 電路圖 (b) 輸入與輸出波形 (a) 電路圖 (b) 輸入與輸出波形 ▲ 圖 負電位比較器 （非反相輸入型） ▲ 圖 負電位比較器 （反相輸入型）

比較器 (5) 臨界電位比較器 (a) 電路圖 (b) 輸入與輸出波形 ▲ 圖 臨界電位比較器

比較器 (6) 窗型比較器 (a) 電路圖 (b) 窗型比較器響應 ▲ 圖 窗型比較器