運算放大器應用

運算放大器應用第一頁，共二十七頁，2022年，8月28日5.2集成運算放大器集成電路的類型：以集成度即管子和元件數(shù)量可分為一百以下的小規(guī)模集成電路；一百至一千個之間的中規(guī)模集成電路；一千至十萬個之間的大規(guī)模集成電路；十萬以上的超大規(guī)模集成電路。按所用器件又可分為雙極型器件組成的雙極型集成電路；單極型器件組成的單極型集成電路；雙極型器件和單極型器件兼容組成的集成器件。此外，還有線性集成電路和數(shù)字集成電路等。

集成電路：把晶體管、電阻、電容以及連接導線等集中制造在一小塊半導體基片上而形成具有電路功能的器件。集成電路的優(yōu)點：體積小、重量輕、安裝方便、功耗小、工作可靠等。集成運算放大器（簡稱集成運放）：直接耦合的高放大倍數(shù)的線性集成電路。第二頁，共二十七頁，2022年，8月28日

1.集成電路的外形：國產(chǎn)集成運放的封裝外形主要采用圓殼式和雙列直插式。集成運算放大器的外形和符號

2.集成運放的型號國家標準（GB3430-82）規(guī)定，由字母和阿拉伯數(shù)字表示，例如CF741、CF124等，其中C表示國家標準，F(xiàn)表示運算放大器，阿拉伯數(shù)字表示品種。第三頁，共二十七頁，2022年，8月28日國產(chǎn)第二代集成運放CF741接線如圖所示。雙列直插式集成運放的管腳順序是，管腳向下，標志于左，序號自下而上逆時針方向排列。管腳功能如下：3.集成運放的管腳順序及功能CF741外接線圖接正電源(+9~+18)V接負電源（-9~-18）V為同相輸入端（輸出信號與輸入信號同相位）為反相輸入端（輸出信號與輸入信號反相位）為空腳為輸出端腳1、4、5外接調(diào)零電位器第四頁，共二十七頁，2022年，8月28日國產(chǎn)第一代集成運放F004接線如圖所示。圓殼式集成運放的管腳順序是，管腳向上，序號自標志起從小到大按順時針方向排列。管腳功能如下：

不同類型運放的管腳排列和管腳功能是不同的，應用時可查閱產(chǎn)品手冊來確定。

腳7接正電源（+15）V，腳4接負電源（-15）V，腳6為輸出端，腳1、4、8接調(diào)零電位器，腳3為同相輸入端，腳2為反相輸入端，腳5、6之間的300k電阻及RP、CP的作用是消除自激，可通過調(diào)試決定數(shù)值。第五頁，共二十七頁，2022年，8月28日圖（a）是國家新標準（GB4728?13—85）規(guī)定的符號；圖（b）是曾用過的符號。畫電路時，通常只畫出輸入和輸出端，輸入端標“+”號表示同相輸入端，標“-”號表示反相輸入端。4.集成運放的圖形符號第六頁，共二十七頁，2022年，8月28日閉環(huán)放大倍數(shù)：有反饋時集成運放的放大倍數(shù)稱為閉環(huán)放大倍數(shù)。其數(shù)值根據(jù)具體電路的反饋情況來計算。集成運算放大器的放大倍數(shù)和參數(shù)一、兩種放大倍數(shù)1.

開環(huán)放大倍數(shù)AVO開環(huán)放大倍數(shù)AVO：無反饋時集成運放的放大倍數(shù)。（5.2.1）2.

閉環(huán)放大倍數(shù)AVF第七頁，共二十七頁，2022年，8月28日輸入電壓為零時，兩個輸入端靜態(tài)基極電流的平均值。一般為微安數(shù)量級，IIB越小越好。二、主要參數(shù)1.輸入失調(diào)電壓VIO輸入電壓為零時，為了使放大器輸出電壓為零，在輸入端外加的補償電壓。一般為毫伏級。它表征電路輸入部分不對稱的程度，VIO越小，運放性能越好。2.輸入失調(diào)電流IIO輸入電壓為零時，為了使放大器輸出電壓為零，在輸入端外加的補償電流。其值為兩個輸入端靜態(tài)基極電流之差。3.輸入偏置電流IIB第八頁，共二十七頁，2022年，8月28日電路開環(huán)情況下，輸出電壓與輸出電流之比。ro越小，運放性能越好。一般在幾百歐左右。4.開環(huán)電壓放大倍數(shù)AVO電路開環(huán)情況下，輸出電壓與輸入差模電壓之比。AVO越大，集成運放運算精度越高。一般中增益運放的AVO可達105倍。5.開環(huán)輸入阻抗ri指電路開環(huán)情況下，差模輸入電壓與輸入電流之比。ri越大，運放性能越好。一般在幾百千歐至幾兆歐。6.開環(huán)輸出阻抗ro第九頁，共二十七頁，2022年，8月28日開環(huán)電壓放大倍數(shù)隨信號頻率升高而下降3dB所對應的頻寬。以上參數(shù)可根據(jù)集成運放的型號，從產(chǎn)品說明書等有關資料中查閱。7.共模抑制比KCMR電路開環(huán)情況下，差模放大倍數(shù)AVD與共模放大倍數(shù)AVC之比。KCMR越大，運放性能越好。一般在80dB以上。8.輸出電壓峰-峰值VOPP放大器在空載情況下，最大不失真電壓的峰-峰值。9.靜態(tài)功耗PD電路輸入端短路、輸出端開路時所消耗的功率。10.開環(huán)頻寬BW第十頁，共二十七頁，2022年，8月28日通用型集成運放的特點是：最大差模輸入電壓和最大共模輸入電壓大；輸出有短路保護功能；電源電壓適用范圍寬；不需外接補償電容。如性能較好的CF741等。三、集成運放產(chǎn)品分類簡介1.通用型2.特殊型特殊型集成運放的特點是突出某項性能指標。如：（1）高輸入阻抗型差模輸入電阻不小于109Ω。（2）高精度型ΔVIO∕ΔΤ小于2μV∕οС。（3）寬帶型增益帶寬大。（4）低功耗型當電源電壓時，最大功耗不大于6mW。（5）高速型轉(zhuǎn)換速率大于30Vμs。（6）高壓型輸出電壓較高。第十一頁，共二十七頁，2022年，8月28日在實際應用和分析集成運放電路時，可將實際運放視為理想運放，以簡化分析。5.2.3集成運算放大器的理想特性集成運放的理想特性為：1.輸入信號為零時，輸出端應恒定為零；2.輸入阻抗ri=∞；3.輸出阻抗ro=0；4.頻帶寬度BW應從0→∞；5.開環(huán)電壓放大倍數(shù)ΑVO=∞。

（集成運放的理想特性）

第十二頁，共二十七頁，2022年，8月28日5.2.4集成運算放大器的應用舉例一、數(shù)學運算方面的應用舉例1.簡單的比例運算功能所以（1）反向輸入比例運算電路是電壓并聯(lián)負反饋放大電路。根據(jù)運放“理想特性”，，，而又是有限值，則，（5.2.2）第十三頁，共二十七頁，2022年，8月28日由于，即A端的電位接近于零電位，但實際并沒有接地，所以通常把A端稱為“虛地”。故反相輸入比例運放的閉環(huán)放大倍數(shù)

（5.2.3）輸出電壓（5.2.4）結(jié)論，反相輸入比例運算電路的閉環(huán)放大倍數(shù)只取決于電壓成反相比例關系。之比，與開環(huán)放大倍數(shù)無關；輸出電壓與輸入與第十四頁，共二十七頁，2022年，8月28日根據(jù)運放“理想特性”，，而又為有限值。得

（2）同相輸入比例運算電路是電壓串聯(lián)負反饋放大電路。因此，輸入電壓(5.2.5)，第十五頁，共二十七頁，2022年，8月28日故同相輸入比例運放的閉環(huán)放大倍數(shù)其中輸出電壓(5.2.6)

結(jié)論，同相輸入比例運算電路的放大倍數(shù)與無關，只取決于與的比值；輸出電壓與輸入電壓同相且成比例關系。第十六頁，共二十七頁，2022年，8月28日因為，則，于是2.減法比例運算電路。由圖可知，整理得而第十七頁，共二十七頁，2022年，8月28日故電路又稱為減法器。因，故由于,，得(5.2.7)結(jié)論，輸出電壓正比于兩個輸入電壓之差。如果，則

(5.2.8)第十八頁，共二十七頁，2022年，8月28日整理可得(5.2.9)3.加法比例運算電路由運放理想特性知，因而由于A點為“虛地”，因此若取，上式簡化為(5.2.10)結(jié)論，電路的輸出電壓正比于各輸入電壓之和。如果，則(5.2.11)故電路稱為“加法器”。第十九頁，共二十七頁，2022年，8月28日[例5.2.1]計算各電路的阻值并連接集成運放電路圖，使它滿足與之間的下列運算關系：（1）；（2）。解（1）由可知。所以只要按減法比例運算電路連接，其中，，且即符合要求。集成運放除了組成上述運算單元電路外，還可改變反饋元件或連接方式組成乘法、除法、開方、平方、指數(shù)、對數(shù)以及微分、積分等各種運算電路。（2）同理，用加法比例電路接線，使，且，的要求。，即滿足第二十頁，共二十七頁，2022年，8月28日二、其它方面的應用舉例1.反相器圖中“1”表示放大系數(shù)為1。符號：2.電壓跟隨器如果令同相輸入比例運放中的，即輸出電壓全部反饋到輸入端，而且同相。則于是即輸出電壓與輸入電壓數(shù)值相等且同相，稱為電壓跟隨器。

電壓與輸入電壓在數(shù)值上相等且相位相反，稱為“反相器”。，即輸出，則如果令反相比例運放中的第二十一頁，共二十七頁，2022年，8月28日3.LM324組成的電平指示電路（1）LM324簡介LM324是含有四個運放的集成組件。簡稱四運放集成電路。GND為接地端，VCC為電源正極端（6V），每個運放的反相輸入端、同相輸入端、輸出端均有編號。例如，等等。端及輸出端。依此類推，、、是表示2號運放器的，、、分別表示1號運放的反相輸入端、同相輸入第二十二頁，共二十七頁，2022年，8月28日四個運放的同相輸入端連接于由V（2AP9）、R10、C2組成的整流電路輸出端，作為信號的輸入端。輸出端分別通過限流電阻R6、R7、R8、R9接有發(fā)光二極管V1、V4、V3、V2。反相輸入端分別經(jīng)電阻分壓網(wǎng)絡RP1、R2、R3、R4、R5分壓后加上量值不等的正電壓。（2）LM324組成的電平指示器第二十三頁，共二十七頁，2022年，8月28日無信號輸入時，四個運放同相輸入端皆為零電平，因反相輸入端皆為正電位，所以各運放輸出低電平，因此V1~V4各發(fā)光二極管均不發(fā)光。有信號輸入時，信號經(jīng)整流后的對地電壓（電位）若僅大于第2腳電位，則第1腳的發(fā)光二極管V1發(fā)光。若同相輸入端的電位都高于相應運放反相輸入端的電位時，四個發(fā)光二極管V1、V4、V3、V2全部發(fā)光。這樣