电子技术基础—集成运算放大器.docx

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1、电子技术基础一集成运算放大器一、集成运算放大器简介集成运算放大器是具有高的开环放大倍数和深度负反馈的直接耦合放大器,运算放大器可以完成加减、微积分、乘除等运算，所以称为运算放大器。二、集成运算放大器的基本电路集成运算放大器内部的多极基本放大电路由四部分组成（图1-2-9）:输入极、中间极、输出极和偏置电路。其中：输入极：是决定集成运算放大器性能关键的一级，要求它的零点漂移少，输入电阻高，所以都采用差分放大电路。中间极：是将输入极输出的信号电压加以放大，一般是由共发射极放大电路构成。输出极：输出级直接与负载相连，所以这一级要求有足够的电压放大幅度和输出功率，满足负载的需要。同时要求输出电阻小，带

2、负载能力强。一般由互补对称电路或射极输出器组成。偏置电路的作用是为上述三个级电路提供稳定和合适的偏置电流，确定各级的静态工作点。作为集成电路，虽然其内部结构相当复杂，但其外部电路并不复杂，学习时，要重点掌握它的引脚定义性能参数和应用方法。三、运算放大器的基本特性和符号C1741集成运算放大器外形如图1-2-10所示。图1-210a）是金属圆形封装；图1-210b）是塑料双列直插式封装。这种运算放大器通过7个管脚与外电路相接。图中各管脚的定义和作用如下：相输入端，由此端接输入信号，则输出信号与输入信号是反相的；管脚3为同相输入端，由此端接输入信号,则输出信号与输入信号是同相的;管脚4为负电源端，

3、接负IOV稳压电源；管脚5为正电源端，接正IOV稳压电源；管脚6为输出端：管脚1和管脚5为外接调零电位器(通常为IokQ)的两个端子；管脚8为空脚。在分析运算放大器时，为便于分析和计算，将它视作理想运算放大器，理想运算放大器的特点如下：(1)差模放大倍数AU极高，可视为无穷大(Audg)(2)共模放大倍数非常低，可视为0,因而共模抑制比Kow可视为无穷大(KcMR00)(3)输入电阻n相当大,可视为无穷大,因而不取输入信号的电流亿，1,玲8)。(4)输出电阻r。很低，可视为趋于0,即具有理想的恒压输出卜。玲8)。理想集成运算放大器的电路符号如图1-2-11所示，它有两个输入端和一个输出端。反相

4、输人端标上“一”号，同相输入端标上“+号。它们对地的电压(即各端的电位)分别用“u、u+和u。表示。集成运算放大器表示输人、输出电压关系的传输特性曲线如图1-2-12所示。由图可见,传输持性曲线分为线性区和饱和区。集成运算放大器可工作在线性区，也可工作在饱和区，但分析方法不一样。反相输入端有输入信号时，同相输入端接地，即u+0,根据式(1-2-1)可得出：反相输入u+0。它并不是真的接地，通常称为虚地。(2)由于理想运算放大器的输人电阻趋于无穷大，故认为反相输入端与同相输入端的输入电流均趋于零，即有i+*i-%O(虚断)(1-2-9)当集成运算放大器工作在饱和区时，上述两条简化原则就不适用了，

5、这时输出电压只有两种可能,等于输出最高正电压(正饱和电压)或输出最高负电压(负饱和电压),这两个电压的绝对值可能不相等，可通过在输出端加双向稳压管来获得等值反向的输出电压。即有当u+u_时，U0=+Uo(sat)当u.u_时，Uo=-Uo(sat)(1-2-10)此外，运算放大器工作在饱和区时，两个输入端的输入电流也等于零。四、集成运算放大器主要参数(1)最大输出电压U.:能使输出电压和输入电流保持不失真的最大输出电压。(2)开环电压放大倍数A/在没有外接反馈电路时所测出的差模电压放大倍数，AUd越高，所构成的运算电路越稳定，精度也越高。(3)输入失调电压U。当理想的集成运放的输入电压为零时，

6、为使输出电压也为零，需要在其输入端施加的补偿电压,其值一般在几个毫伏级，显然越小越好。(4)输入偏值电流当集成运放输出电压为零时，两个输入端的偏置电流的平均值，其值越小越好。(5)输入失调电流心输入失调电流是指输入信号为O时，两个输入端静态基级电流之差，卜。在O点几微安级，其值越小越好。(6)差模输入电阻RU和输出电阻R:差模输入电阻R;a是集成运放两输入端间对差模信号的动态电阻，其值为几十千欧到几兆欧。输出电阻R“是集成运放开环时，输出端对地的电阻，其值为几十到几百欧。(7)共模抑制比KCM屋是集成运放开环电压放大倍数和共模电压放大倍数比值的对数值。其值一般大于80dB(8)最大差模输入电压

7、U.:是集成运放输入端间所承受的最大差模输入电压。超过该电压值，其中的一个晶体管发射结将会出现反向击穿现象。(9)最大共模输入电压Um:集成运放输入端间所承受的最大共模输入电压，如果超过该电压值，则KCMR将明显下降。五、运算放大器在信号运算方面的应用1 .反向比例运0通路(1-2-11)1-2-13反比M运算电珞如图1213所示，根据运算放大器工作在线性区时的两条分析依据，浪人放大器的电流趋近于零，W反向输入与同相出人蛾的电位近似相等，加以气整理物引入反馈后的放大倍数为A“.票一备式中负号我明蛤出电压与人电压相位相反它们的关系是比例放大的关系只要R和&的阻值足够精确就能保证比例运算的精度和工

8、作叁定性.偏置电路对际K)1-SHRMttf1iSiriUM图中的用是一个平禽电用,其作用是为了使用个输入端的外接电阻相等，从而保证Mi人锻差分放大电路的当取RNR,可得m-g，称为反相器.2 .同相比例运算电路如图】-2-14所示.人信号u,通过外接电阻R人到同相的入端，而反向输入接地.反供电阻&町接在出嫡和同相人端之间根界运算放大H工作在线性区时的两条分析依据，反相输入端与同相人端电压相等流入放大号的电流启近于零，由图可知O二1BnZJtz一tt-R1RfRIRP解得闭环电压放大倍数为ATA(1+售)(1-2-12可见I1和Ui间的比例关系与运算放大器本身无关，只取决于电阻，其精度和稳定性

9、非常高。注意Aw为正值，这表示u.和Ui同相，且Aw必是大于或等于If即只能放大信号，这是其与反相比例运算电路不同之处。3 .反相加法运算电路如图1-2-15所示，则构成反相加法运算电路。当RU=R尸RFR时,则上式为u=-(u1+u+u11)(1-2-14)平衡电阻Ri=RuRRsR4 .减法运算电路其运算电路如图1216所示。根据图可列出输出电压与两个输入电压的差值成正比，所以该电路又称为差分放大器或差分比例运算电路。其差模放大倍数只与电阻R,、RF的取值有关。当RI=R时，则得U=(U12-Uh)(1-2-17)六、集成运算放大器使用时注意事项(1)使用前应认真查阅有关手册，了解所用集成

10、运算放大器的各引脚排列位置，外接电路。特别要注意正、负电源端，输出端，同相、反相输入端的位置。(2)集成运算放大器接线要正确可靠。其输出端要避免与地、正电源、负电源短接，以免器件损坏。另外，输出端所接负载不易过小，否则有可能损坏器件或使输出电压波形变差。(3)输入信号不能过大，输入信号过大会造成阻塞现象或损坏器件。另外，应注意输入信号源能否为集成运放提供直流电源，否则应为集成运放提供直流通路。(4)电源电压不能过高，极性绝不能接反。应先调剂好直流电源的输出电压，然后接人电路。(5)集成运放的调零。调零时应注意输出端电压表要用小量程电压挡，并在闭环条件下进行。七、集成运算放大器在汽车上的应用集成运算放大器可用于蓄电池电压监视器，见图1-2-17n1-2-17蓄电也集成运放直发器电背集成运算放大器还用于汽车中的转速表电路、晶体管温度传感器电路发动机冷却系水稳调节器电路、道路结冰报警器电路、蓄电池充电器电路、燃油量显示器电路、水温显示器电路、刮水器节拍调节电路等电路。