[工學(xué)]集成運放使用常識與應(yīng)用示例

1、.一、    運放選用原則與特殊運放1運放選用原則在選用時：1，有高的性能價格比，一般來說，專用型集成運放性能較好，但價格較高。2，在工程實踐中不能一味地追求高性能，而且專用集成運放僅在某一方面有優(yōu)異性能，而其他性能參數(shù)不高，所以在使用時，應(yīng)根據(jù)電路的要求，查找集成運放手冊中的有關(guān)參數(shù)，合理的選用。2特殊運放（1）高輸入阻抗型主要用于測量放大器、模擬調(diào)節(jié)器、有源濾波器及采樣保持電路等。輸入阻抗一般在10-E12以上。（2）低漂移型主要用于精密測量、精密模擬計算、自控儀表、人體信息檢測等方面。它們的失調(diào)電壓溫漂一般在0.20.6V/ ,Aud120dB，KCMR11

2、0dB。（3）高速型該類集成運放具有高的單位增益帶寬（一般要求fT>10MHZ）和較高的轉(zhuǎn)換速率（一般要求SR>30V/s）。它們主要用于D/A轉(zhuǎn)換和A/D轉(zhuǎn)換、有源濾波器、鎖相環(huán)、高速采樣和保持電路以及視頻放大器等要求輸出對輸入響應(yīng)迅速的地方。（4）低功耗型低功耗型一般用于遙感、遙測、生物醫(yī)學(xué)和空間技術(shù)研究等要求能源消耗有限制的場所。（5）高壓型一般用于獲取較高的輸出電壓的場合，如典型的3583型，電源電壓達±150V，UOmax=±140V。（6）大功率型用于輸出功率要求大的場合，如LM12，輸出電流達±10A。二、集成運放外接電阻的選用1

3、0; 阻值范圍一般集成運放的最大輸出電流Iom為（510）mA，從圖4.2.1所示反相比例放大電路可知，流過反饋電阻Rf的電流if應(yīng)滿足下列要求：                                      

4、;而uo一般為伏級，故Rf至少取k以上的數(shù)量級。Rf和R1取值太小，會增加信號源的負載。如果取用M級，也不合適，其原因有二：1,電阻是有誤差的，阻值越大，絕對誤差越大，且電阻會隨溫度和時間變化產(chǎn)生時效誤差，使阻值不穩(wěn)定，影響精度；2,運放的失調(diào)電流II0會在外接高阻值電阻時引起較大的誤差信號。所以，運放的外接電阻值盡可能配用幾千歐至幾百千歐之間。2.平衡電阻應(yīng)使反相和同相輸入端外接直流通路等效電阻平衡。如圖4.2.2中應(yīng)取R2=R1/Rf。三、單電源交流放大器在僅需用作放大交流信號的線性應(yīng)用電路中，為簡化電路，可采用單電源（正電源或負電源）供電，將雙電源供電的集成運放改成單電源供電時必須滿足：

5、U+=U-=U0=1/2UCC如圖4.6.5a所示電路為 A741構(gòu)成反相交流電壓放大器電路。其中R2、R3稱為偏置電阻，用來設(shè)置放大器的靜態(tài)工作點。為獲得最大動態(tài)范圍，通常使同相輸入端靜態(tài)工作點U+=1/2VCC，即                                

6、;                    所以取R2=R3。靜態(tài)時，放大器輸出電壓應(yīng)等于同相輸入端電位。      圖中C1、C2為放大器耦合電容。如圖4.6.5b所示電路為單電源供電自舉式同相交流放大器。該電路接入R4的目的是為了提高放大器的輸入電阻。接入R4后，放大器的輸入電阻為    

7、0;                   式中，ric為集成運放共模輸入電阻。R4越大，放大器的輸入電阻越大。                         

8、                          圖4.6.5  單電源交流放大器a)反相交流放大器    b)自舉式同相交流放大器 四、調(diào)零為了消除集成運放的失調(diào)電壓和失調(diào)電流引起的輸出誤差，以達到零輸入零輸出的要求，必須進行調(diào)零。（1）對有外接調(diào)零端的集成運放，可通過外接調(diào)零元件進行調(diào)零。A741外接調(diào)

9、零元件的調(diào)零電路如圖4.6.6所示。將輸入端接地，調(diào)節(jié)RP使輸出為零。                                              

10、;          圖4.6.6  外接調(diào)零元件調(diào)零（2）當(dāng)集成運放沒有調(diào)零端時，可采用外加補償電壓的方法進行調(diào)零。它的基本原理是：在集成運放輸入端施加一個補償電壓，以抵消失調(diào)電壓和失調(diào)電流的影響，從而使輸出為零。五、集成運放電路的消振與保護電路1.消振由于集成運放增益很高，易產(chǎn)生自激振蕩（Self excited oscillation），消除自激振蕩是動態(tài)調(diào)試的重要內(nèi)容。運放是高電壓增益的多級直接耦合放大器。信號傳輸過程中產(chǎn)生附加相移。在沒有輸入電壓的情況下，而有一定頻率、一定幅度的輸出電

11、壓，產(chǎn)生自激振蕩，消除自激振蕩的方法是外加電抗元件或RC移相網(wǎng)絡(luò)進行相位補償(Phase compensating)。高頻自振蕩波形如圖4.6.7所示。                                       

12、            圖4.6.7  高頻自激振蕩波形按說明接入相位補償元件或相移網(wǎng)絡(luò)即可消振(Oscillation elioninating)。但有一些需要進行實際調(diào)試。其調(diào)試電路如圖4.6.8所示。                       

13、;                                                  

14、0;                       圖4.6.8  補償電容調(diào)試電路 首先將輸入端接地，用示波器可觀察輸出端的高頻振蕩波形。當(dāng)在5腳（補償端）接上補償元件后，自振蕩幅度將下降。將電容C由小到大調(diào)節(jié)，直到自激振蕩消失，此時示波器上只顯示一條光線。測量此時的電容值，并換上等值固定電容器，調(diào)試任務(wù)完成。 接入RC網(wǎng)絡(luò)后，若仍達不到理想消振效果，可再在電源正、負

15、端與地之間分別接上幾十微法和0.010.1F的瓷片電容。2.電源端保護為了防止電源極性接反而造成運算放大器組件的損壞，可以利用二極管的單向?qū)щ娦栽?，在電源連接線中串接二極管，以阻止電流倒流，如圖 4.6.9所示。當(dāng)電源極性接反時，VD1、VD2不導(dǎo)通，相當(dāng)于電源開路。                            &#

16、160;                                                  &

17、#160;                      圖4.6.9  運放電源端保護3.輸出保護為了防止集成運放的輸出電壓過高，可用兩只穩(wěn)壓管反向串聯(lián)后，并聯(lián)在負載兩端或并聯(lián)在反饋電阻Rf兩端，如圖4.6.10所示。當(dāng)輸出電壓 小于穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓UZ時，穩(wěn)壓管不導(dǎo)通，保護電路不工作，當(dāng)輸出電壓 大于Uz時，穩(wěn)壓管工作，將輸出端的最大電壓幅度限制在±（UZ+0.7V）。

18、                                                   

19、0;                            圖4.6.10 運放輸出端的保護                    

20、0;                a)穩(wěn)壓管與輸出端的并聯(lián)    b)穩(wěn)壓管與反饋電阻并聯(lián)4.輸入端保護  集成運放輸入端保護端保護電路路圖4.6.11所示。                     

21、0;                  圖4.6.11  運放輸入端的保護六、 集成運放應(yīng)用示例1.力傳感器橋式放大器圖4.6.12所示的電路為一個橋式放大器。圖中的SFG-15N1A為Honeywell公司生產(chǎn)的硅壓阻式力傳感器，它是利用微細加工工藝技術(shù)在一小塊硅片上加工成硅膜片，并在膜片上用離子注入工藝作了四個電阻并連接成電橋。當(dāng)力作用在硅膜片上時，膜片產(chǎn)生變形，電橋中兩個橋臂電阻的阻值增大；另外兩個橋臂電阻的阻

22、值減小，電橋失去平衡，輸出與作用力成正比的電壓信號（U2-2）。力傳感器由12V電源經(jīng)三個二極管降壓后（約10V）供電。A1A3組成測量放大器，其差分輸入端直接與力傳感器2腳、4腳連接。A4的輸出用于補償整個電路的失調(diào)電壓。當(dāng)作用力為01500g時，輸出01500 mV (靈敏度為1mV/g).                          &

23、#160;            圖4.6.12  力傳感器橋式放大器2.峰值檢測電路在自動控制系統(tǒng)中，往往要求對幾個信號的幅度進行比較，然后加以選擇。選擇其中最高的或最低的作為控制或報警的對象，分別叫做上限檢測和下限檢測。上限（峰值）檢測電路如圖4.6.13所示。本電路只可選通正向峰值電壓，不能選通負向峰值電壓。設(shè)輸入信號ui1>ui2>ui3>0,則A1外接VD1優(yōu)先導(dǎo)通，箝位在u0=ui1,VDF1截止。其他兩路u02=ui2,u03=ui3,VD2、

24、VD3反偏截止，隔離u0 、u02輸出。若ui1與ui2、ui3的差值大于二極管的閾值電壓，則VDF2 、VDF3導(dǎo)通，防止當(dāng)u0為正而ui2、ui3為負時在運放兩輸入端存在過高電壓而使運放內(nèi)部輸入級管子擊穿，起到保護作用。若要實現(xiàn)下限檢測，將所有二極管極性反接即可。                            

25、60;                                                  &#

26、160;                          圖4.6.13  峰值檢測電路3.電荷放大器電壓式加速度傳感器、壓電式測力傳感器工作時產(chǎn)生正比于被測物理量的電荷量，這類傳感器阻抗非常高，呈容性，輸出電壓很微弱。應(yīng)用時需加接測量電路將電荷量轉(zhuǎn)換成電壓量，這種電路稱之為電荷放大器。積分運算電路就可將電荷量轉(zhuǎn)換成電壓量，組成電荷放電器基本電路如圖4.6.14a所示，傳感器用一因存諸電荷而產(chǎn)生的電動勢ut與一個與之串聯(lián)的輸出電容Ct來等效，C為傳感器對地的雜散電容。Ut、Ct與電容上的電量q之間關(guān)系為         Ut q/Ct