運放應用大全

1、1. 集成運算放大器的主要應用集成運算放大器的兩個輸入端分別為同相輸入端uP和反相輸入端uN ,這里的"同相"和“反相”是集成運算放大器的輸入電壓與輸出電壓Uo之間的相位關系，其符號及外觀如圖1.1所示。從外部看，可以認為集成運算放大器是一個雙端輸入、單端輸出、具有高差模 放大倍數(shù)Aod、高輸入電阻、低輸出電阻、能較好地抑制溫漂的差動放大電路。集成運算放大器加上負反饋回路，使其具有各種各樣的特性，實現(xiàn)各種各樣的電路功能。集成運算放大器的主要應用：DC放大器-DC低頻信號的放大。音頻放大器-數(shù)十Hz數(shù)十kHz的低頻信號的放大器。視頻放大器-數(shù)十Hz數(shù)十MHz的視頻信號的放大器

2、。有源濾波器-低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器。模擬運算-模擬信號的加法、減法、微分、積分等運算。信號的發(fā)生和轉換-正弦波振蕩電路、矩形波發(fā)生電路、電壓比較器、電壓 一電流轉 換電路等。2. 集成運算放大器的主要性能指標(1) 開環(huán)差模增益Aod在集成運算放大器無外加反饋時的差模放大倍數(shù)稱為開環(huán)差模增益，記作Aw。Aod=AUo/A(UP-UN)，常用分貝(dB)表示，其分貝數(shù)為20lg|Aod|。通用型集成運算放大器Aod通常在105左右或用102V/mV表示，即100dB左右。(2) 共模抑制比Kcmr共模放大倍數(shù)Aoc如圖2.1所示，Aoc= Uo/ Uic。共模抑制比等于

3、差模放大倍數(shù)與共模放大倍數(shù)Aoc之比的絕對值，即KcMR = |Aod/Aoc|,常用分貝表不其數(shù)值為20lgKcmr° Kcmr越大越好,Kcmr越大對溫度影響的抑制能力就越大。Kcmr =|Aod/Aoc|。Kcmr 越大越好,Kcmr越大對溫度影響的抑制能 力就越大。(3)差模輸入電阻ridrid是集成運算放大器兩個輸入端之間的差模輸入電壓變化量與由它所引起的差模輸入 電流之比。rid越大越好，從信號源索取的電流越小。輸入失調電壓U os及其溫漂dU os / dT由于集成運算放大器的輸入級電路參數(shù)不可能絕對對稱，所以當輸入電壓為零時，輸出電壓Uo不為零。Uos是使輸出電壓為零

4、時在輸入端加的補償電壓。Uos越小越好，越小表明電路參數(shù)對稱性越好。對于有外接調零電位器的集成運算放大器，可以通過改變電位器滑動端的位置使得零輸入時輸出為零。dU OS / dT是U OS的溫度系數(shù)，是衡量集成運算放大器溫漂的重要參數(shù)，其數(shù)值越小， 表明集成運算放大器的溫漂越小。(5) 輸入失調電流I os及其溫漂dl os / dT1 OS 4 1 B1 T B2 |其中 1 B1、1 B2 是集成運算放大器輸入級差放管的基極(柵級)偏置電流，I OS反映輸入級差放管輸入電流的不對稱程度。dl OS / dT與dU OS / dT的含義相類似。|OS和dIOS/dT越小，集成運算放大器質量越

5、好。(6) 輸入偏置電流I|BI舊是集成運算放大器輸入級差放管的基極(柵級)偏置電流的平均值。即 ,1 .,、,山,IiB = 2( I B1十I B2 ) , I舊越小，信號源內阻對集成運算放大器靜態(tài)工作點影響越??；通常I舊越小，往往I OS也越小。、U OS、 dU OS /dT 、I OS、dl OS /dT 、 I舊越小，集成運算放大器精度越高。特別提示(7) 最大共模輸入電壓UlcmaxU Icmax是集成運算放大器兩個輸入端對地間所允許加的最大共模輸入電壓。超出此共模電壓極限值，其共模抑制比將明顯下降，不能對差模信號進行放大。這也是集成運算放大器用于同相放大器時所允許的輸入電壓極限

6、值。如圖2.2所示。(8) 最大差模輸入電壓U |d maxU Id max是集成運算放大器同相輸入端與反相輸入端之間所允許加的最大差模輸入電壓。超出此差模電壓極限值，輸入級將損壞。如圖2.3所示。共模輸入電壓有最大值不能 超過差模輸入電壓有最大值不能超過一3dB帶寬fHfH是使開環(huán)差模增益 Aod下降3dB(即下降到0.707倍)時的信號頻率。(10) 增益帶寬積GBW、單位增益帶寬fcGBW是開環(huán)差模增益 Aod與帶寬fH的乘積，即GBW=A°dXfH是一個常數(shù)。8fc是使開環(huán)差模增益 Aod下降到0dB(即A°d=1,失去放大能力)時的信號頻率。特別提示(11) 轉換

7、速率SRSR=|dUO/dt|max,表示集成運算放大器對信號變化速率的適應能力，是衡量集成運算放大器在大幅值信號作用時工作速度的參數(shù)，常用每微秒輸出電壓變化多少伏來表示。當輸入信號變化斜率的絕對值小于SR時。輸出電壓才能線性規(guī)律變化。信號幅值越大、頻率越高，要求集成運算放大器的 SR越大。轉換速率SR越大，輸 出才能跟上頻率高、 幅值大的輸入信號的 變化，否則輸入正弦 波，輸出是三角波。 如圖2.4所示。(12) 等效輸入噪聲電壓密度en、等效輸入噪聲電流密度in、等效輸入噪聲電壓峰一峰值enp-p、等效輸入噪聲電流峰一峰值inp-p用來描述集成運算放大器噪聲的大小。噪聲越小越好。輸入無信號

8、時，輸出有噪聲電壓，如圖2.5所示。將輸出噪聲電壓折合到輸入端就 是等效輸入噪聲電壓。即使輸入端加上有用信號，輸出特別提示的噪聲電壓依然存在。集成運算放大器的 en、in、enp-p、 inp-p 越小越好。(13) 功耗Pd在額定電源電壓及空載條件下，所消耗的電源總功率Pd。3. 集成運算放大器按性能指標分類按性能指標可分為通用型和特殊型兩類。 通用型集成運算放大器用于無特殊要求的電路 之中，其性能指標的數(shù)值范圍如表 3.1所示。特殊型集成運算放大器為了適應各種特殊要求， 某一方面性能特別突出，下面作一簡單介紹。表3.1通用型集成運算放大器性能指標參數(shù)單位數(shù)值范圍AoddB65 100Rid

9、m q0.5 2Uosmv25IOSg A0.2 2Iibg A0.3 7KcmrdB70 90單位增益帶寬mh z0.5 2SRV/ g S0.5 0.7功耗mW80 120(1) 高阻型具有高輸入電阻(rid)的集成運算放大器稱為高阻型集成運算放大器。rid大于109Q，適用于測量放大電路、信號發(fā)生電路等。(2) 高速型增益帶寬積和轉換速率高的集成運算放大器為高速型集成運算放大器。它的種類很多，增益帶寬積多在10MHz左右，有的高達千兆；轉換速率大多在幾十伏/微秒至幾百伏/微秒，有的高達幾千伏/微秒。適用于模一數(shù)轉換器、數(shù)一模轉換器、視頻放大器等。(3) 高精度型高精度型集成運算放大器具有

10、低失調、低溫漂、低噪聲、高增益等特點，它的失調電壓 和失調電流比通用型集成運算放大器小兩個數(shù)量級，而開環(huán)增益和共模抑制比均大于 100dB。適用于對微弱信號的精密測量和運算，常用于高精度的儀器設備中。(4) 低功耗型低功耗型集成運算放大器具有功耗低、工作電源電壓低等特點，它們的功耗只有幾毫瓦，甚至更小，電源電壓為幾伏，而其他方面的性能不比通用型集成運算放大器差。適用于能源有嚴格限制的情況，例如空間技術、軍事科學及工業(yè)中的遙感遙測等領域。(5) 大功率型一般通用型集成運算放大器的輸出電流在24V以上這是大功率型集成運算放大器。4. 集成運算放大器典型電路(1)反相比例運算電路如圖 4.1所示。1

11、0mA以內，輸出電流在1A以上，電源電壓RfUo = _ UiR1R2 = R1 / Rf同相比例運算電路如圖 4.2所示。圖4.2同相比例運算電路特別提示電壓跟隨器如圖 4.3所示。輸 入電阻高，輸出電阻小，放大 倍數(shù)等于1。(3)反相求和運算電路如圖4.4所示。RfRfu。= 一 _ U|1UI 2R1R2R4 = R1 / R2 / R3 / RfRfui 3R3(4)同相求和運算電路如圖4.5所示。UoRf u 11RiRfR2RfR3R4 / R1 / R2 / R3 = R/ Rf或 R1 / R2 / R3 = R / Rf 省去 R4(5)加減運算電路如圖 4.6所示。RfU

12、I 2R2RfRfRfuo =- U I3 ' u| 4 uilR3R4R1Rf / R1 / R2 = R3 / R4 / R5特別提示加減電路只有兩個輸入，且 參數(shù)對稱，如圖 4.7所示,RfUo-U|1(6)積分運算電路如圖 4.8所示。1Uo =U| dtRC特別提示當輸入為階躍信號、方波、正 弦波時，積分器輸出信號如圖 4.9所示。圖4.9加不同輸入信號時積分器輸出波形特別提示在使用積分器時，為了防 止低頻信號增益過高，常 在電容上并聯(lián)一個電阻 加以限制如圖4.10所示。(9)壓控電壓源二階高通濾波器如圖4.15所示。 微分運算電路如圖 4.11所示。duiu °

13、= - RC dtI 電J R圖4.11微分運算電路特別提示實用微分電路如圖 4.12所 示。R1限制輸入電流；穩(wěn) 壓二極管限制輸出電壓； C1提高電路的穩(wěn)定性。波 形如圖4.13所示。(8)壓控電壓源二階低通濾波器如圖4.14所示。特別提示設計圖4.14電路時按下面公式選擇參數(shù)：-1R2Q = 3 A =°.7°7 通帶放大倍數(shù) Aup =1 + 1通市截止頻率fp特征頻率f°fp = f° = 2TTRCR1 / R2 =2R特別提示(10) RC橋式正弦振蕩電路如圖 4.16所示。設計圖4.15電路時按下面公式選擇參數(shù)：-1 R2Q = =0.70

14、7 通帶放大倍數(shù)Aup =1 + W3 - ApPR11通市截止頻率fp特征頻率f0fp = f0 =2 二 RCR1 / R2 = R振蕩頻率 f0 =2 二 RCRf 電路在起振時應滿足A 2R1其中 Rf = R2+( R3/ Rd ), Rd 為二極管正向導通時的等效電阻。R= R 1/RfD1、D2、R3是起穩(wěn)幅作用R3通常選幾千歐(11)方波發(fā)生電路如圖 4.17所示。特別捉示方波發(fā)生電路的波形如圖 4.18所示。其中輸出的幅值 Uom = ±Uz,輸出波形的周期T =2R3Cln 1 +竺,電容電壓的幅值H R2 BlUt -二Uz(12)方波和三角波發(fā)生電路如圖4.1

15、9所示。圖4.19方波和三角波發(fā)生電路RiR2特別提示方波和三角波發(fā)生電路的波形圖如圖4.20所示。二角波輸出的幅度Uo1m=Ut =£ U z ,方波的幅值UoM = iUz,R2波形的周期T = 4R1RC 。得到了線性度較理想的三角波。R2特別提示電0*圖4.21過零比較器電壓傳輸特性過零比較器的電壓傳輸特性 如圖4.21所示。過零比較器 的輸入輸出電壓波形如圖4.22所示。閾值電壓 Ut=0,ui>0 時 uO=- Uz， U|V 0 時(14) 一般單限比較器如圖 4.23所示。一般單限比較器的電壓傳輸特性如圖4.24所示。一般單限比較器的輸入輸出電壓波 形如圖4.2

16、5所示。閾值電壓 Ut=Ur, Up> Ur 時 Uo= Uz， U| V Ur時 Uo=+ Uz。uo= + Uz。(15)滯回比較器如圖4.26所示。圖4.27滯回比較器電壓傳輸特性特別提示滯回比較器的電壓傳輸特性如圖 4.27所示。滯回比較器的輸入輸出電壓波形如圖4.28所示。閾值電壓 士Ut =±-2一UZ , U|>+ UtR2Rf時 uO=- Uz, qv Ut時 uO= + Uz, - Utv U|V+ Ut時見滯回比較器 電壓傳輸特性的變化方向。特別提示加了參考電壓的滯回比較器電路圖、電壓傳輸特性、輸入輸出 電壓波形如圖4.29、4.30> 4.31所示。RfRc閾值電壓Ut ： Ur二2 Uz。R2Rf