整理集成運(yùn)算放大器的基本應(yīng)用

1、精品文檔第7章集成運(yùn)算放大器的基本應(yīng)用7.1 集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用7.1.1 比例運(yùn)算電路7.1.2 加法運(yùn)算電路7.1.3 減法運(yùn)算電路7.1.4 積分運(yùn)算電路7.1.5 微分運(yùn)算電路7.1.6 電壓一電流轉(zhuǎn)換電路7.1.7 電流一電壓轉(zhuǎn)換電路7.1.8 有源濾波器*7.1.9精密整流電路7.2 集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用7.2.1 單門限電壓比較器7.2.2 滯回電壓比較器7.3 集成運(yùn)放的使用常識(shí)7.3.1 合理選用集成運(yùn)放型號(hào)7.3.2 集成運(yùn)放的引腳功能7.3.3 消振和調(diào)零7.3.4 保護(hù)本章重點(diǎn)：1 .集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用：比例運(yùn)算電路、加減法運(yùn)算電路、積分微分運(yùn)算電路、一階有

2、源濾波器、二階有源濾波器2 .集成運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用：單門限電壓比較器、滯回比較器本章難點(diǎn)：1 .虛斷和虛短概念的靈活應(yīng)用2 .集成運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用3 .集成運(yùn)算放大器的組成與調(diào)試集成運(yùn)算放大器（簡稱集成運(yùn)放）在科技領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，形成了各種各樣的應(yīng)用電路。從其功能上來分，可分為信號(hào)運(yùn)算電路、信號(hào)處理電路和信號(hào)產(chǎn)生電路。從本章開始和以后的相關(guān)章節(jié)分別介紹它們的應(yīng)用。7.1 集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用精品文檔精品文檔集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用集成運(yùn)算放大器的建性應(yīng)用積分運(yùn)算電路微分運(yùn)算電路電壓電流轉(zhuǎn)換電路電溫電壓轉(zhuǎn)換電路7.1.1 比例運(yùn)算電路1 .同相比例運(yùn)算電路同相比軻運(yùn)算電路（點(diǎn)

3、擊查看大圖）反饋方式：電壓串聯(lián)負(fù)反饋因?yàn)橛胸?fù)反饋，利用虛短和虛斷虛:U-=U+=Ui精品文檔精品文檔i+=ii-=0,ii=iA4電壓放大倍數(shù)：匚匕=1+生%為平衡電阻R=R/R12 .反相比例運(yùn)算反相比軻運(yùn)算（點(diǎn)擊查看大圖）反饋方式：電壓并聯(lián)負(fù)反饋因?yàn)橛胸?fù)反饋，利用虛短和虛斷i-=i+=0（虛斷）U+=0,U=U+=0（.虛地i）ii=if凡號(hào)電壓放大倍數(shù)：精品文檔精品文檔R0應(yīng)為例題：Ri=10k,Rf=20k,ui=-1V0求:uo、Ri。說明R0的作用,多大？反相比倒運(yùn)算（點(diǎn)擊查看大圖）號(hào)20nA-=-2解：一111%二電二（-2）（-1）=2VR0為平衡電阻（使輸入端對(duì)地的靜態(tài)電阻相

4、等）:R0=Ri/Rf特點(diǎn)：共模輸入電壓=0,（u=u+=0）缺點(diǎn)：輸入電阻小（Ri=Ri）7.1.2加法運(yùn)算電路（點(diǎn)擊查看大圖）i-=i+=0（虛斷）u+=0,u=u+=0（虛地）ii+i2=if精品文檔精品文檔平衡電阻：R0=Ri/R2/Rf【例】在上圖電路中，設(shè)Ri=220kQ，運(yùn)放的最大輸出電壓Uopp=12V,電路的輸出電壓為Uo=-(10Uii+22ui2)o確定Ri、R2和R的阻值;(2)解：由若Ui2=0.5V,求Uii的允許變化范圍。&1=殳=22KG1010Rf220%=-L=KQ=10依22222我'=五反？4氏多=22力10220=由于該運(yùn)放的Vopp=

5、12V,因此必須滿足-（low；1+22u簿）=的112-（10wa+2出門）二的<12%口=05所以一主如%>i.tr7.I.3減法運(yùn)算電路精品文檔精品文檔原電路劭場作用ftJ陶作用（點(diǎn)擊查看大圖）根據(jù)疊加定理Uii作用：Ui2作用:當(dāng)R=R=R=R=R時(shí)則有：%二3%7.1.4積分運(yùn)算電路精品文檔精品文檔（點(diǎn)擊查看大圖）虛地I=R反相積分器：如果。=直流電壓U,輸出將反相積分，經(jīng)過一定的時(shí)間后輸出飽和。上式表明輸出電壓與積分時(shí)間t近似成線性關(guān)系，且是一條起始電壓為零，終點(diǎn)電壓為一”邢闔的斜率為的的直線，波形如下圖（a）所示。當(dāng)輸入為方波信號(hào)時(shí)，輸出則為三角波；當(dāng)輸入為正弦信號(hào)時(shí)

6、，輸出則為余弦波信號(hào)，輸出波形分別如下圖（b）、（c）所示。(a)g(c)（點(diǎn)擊查看大圖）精品文檔精品文檔為限制電路的低頻電壓增高，通常將反饋電容C與電阻并聯(lián)，當(dāng)電路輸入信號(hào)頻率大于"2遍1時(shí)，電路為積分器。若輸入信號(hào)的頻率遠(yuǎn)低于工，則電路近似為一個(gè)反相器，低頻電壓增益為(7-8)7.1.7 電流一電壓轉(zhuǎn)換電路在光電檢測(cè)裝置中，需要把光電池輸出的微弱電流轉(zhuǎn)換成與之成正比的電壓，這時(shí)就需要用到電流一電壓轉(zhuǎn)換電路。U0=-ifR=-iiR電流一由壓轉(zhuǎn)換電路（點(diǎn)擊查看大圖）7.1.8 有源濾波器濾波器的功能：對(duì)頻率進(jìn)行選擇，過濾掉噪聲和干擾信號(hào)，而保留其有用信號(hào)。濾波器的分類：低通濾波器（

7、LPF）、高通濾波器（HPF、帶通濾波器（BPF、帶阻濾波器（BEF。Mli用：AlMl任通M高通的帶通的蕾但容脖能波埋邕忸般髀（點(diǎn)擊查看大圖）精品文檔精品文檔flash動(dòng)畫演示1 .一階有源低通濾波器(LPF)電睹梅瞋存H曲線(點(diǎn)擊查看大圖)幅頻博度及幅頻特性曲或傳遞函數(shù)二幅題恃性:截止頻率:1RC相頻特性;COp=-arg母當(dāng)了。時(shí)1/坨冏.一l0，s-OdB當(dāng)丁工時(shí)201給卜1叱的"3dB又當(dāng),JQM時(shí)，劉年腎卜-山母卜蝴Q&in1一階抵通濾波金的嘲持性精品文檔精品文檔有放大作用幅頻特性與一階無源任通港波器類似I淪1%時(shí)運(yùn)旅輸出，帶負(fù)戟能力強(qiáng).2 .一階有源高通濾波器(

8、HPF)(5有源高通購器(點(diǎn)擊查看大圖)傳遞函數(shù)：k。+51-27=-5力=R+1R十&p=0+精品文檔精品文檔1其中“.T幅頻特性曲線4sSS1t«E（點(diǎn)擊查看大圖）3 .二階有源低通濾波器（LPF）精品文檔二髭電壓黑衽連詠激事（點(diǎn)擊查看大圖）精品文檔式中：&ip=l+Ri/RiRC傳遞函數(shù)中出現(xiàn)8的二次項(xiàng)故稱為二階濾波器幅頻特性曲線以上兩式表明，當(dāng)2<Aup<3時(shí)，O1,在f=f0處的電壓增益將大于Ap,幅頻特性在f=f0處將抬高。當(dāng)Ap>3時(shí)，Q=oo,有源濾波器自激。由于將G接到輸出端，等于在高頻端給LPF加了一點(diǎn)正反饋，所以在高頻端的放大倍

9、數(shù)有所抬高，甚至可能引起自激。精品文檔精品文檔二階有源低通逮波器的對(duì)數(shù)幅頻特性(點(diǎn)擊查看大圖)4 .二階有源高通濾波器(HPF)&F=。+通帶增益：鳥(2)頻率響應(yīng)其中:1/=AC頻率響應(yīng)特性曲線精品文檔精品文檔(點(diǎn)擊查看大圖)結(jié)論：當(dāng)f<<f0時(shí)，幅頻特性曲線的斜為+40dB/dec；當(dāng)Aup3時(shí)，電路自激。5 .有源帶通濾波器(BPF)帶通濾波器的作用是只允許某一頻帶內(nèi)的信號(hào)通過，而將此頻帶以外的信號(hào)阻止通過。在各種抗干擾設(shè)備中，就是利用帶通濾波器的這種作用來接收某一頻帶范圍內(nèi)的有用信號(hào)，而消除高、低頻段的干擾和噪聲。帶通濾波器是由低通和高通濾波器串聯(lián)而成的。兩者同時(shí)被

10、覆蓋的頻帶即等于fH-fL形成一個(gè)通頻帶。(a)圖是二階壓控電壓源帶通濾波器電路。其中RG構(gòu)成低通網(wǎng)絡(luò)，R、G組成高通網(wǎng)絡(luò)。二者串聯(lián)后接在集成運(yùn)放的同相輸入端。可求得二階壓控電壓源帶通濾波器的頻率特性為可由低通和高通用聯(lián)得到低通特征角頻率高通特征角頻率：精品文檔精品文檔源帶通濾波（點(diǎn)擊查看大圖）6 .有源帶阻濾波器（BEF）帶阻濾波器的作用是在規(guī)定的頻帶內(nèi)，信號(hào)被阻止通過，而在此頻帶之外的信號(hào)能夠順利通過。帶阻濾波器（又名陷波器）和帶通濾波器一樣常用于各種抗干擾設(shè)備電路中。如抑制50Hz交流電源引起的工頻干擾信號(hào)，在工業(yè)控制中常常用到它。將低通濾波器和高通濾波器并接在一起，就形成了帶阻濾波器。

11、兩者同時(shí)被阻斷的頻帶即為該濾波器的阻帶。其原理示意圖見圖7-26。由圖可知，凡是f<fl的信號(hào)均可從低通濾波器通過，凡是f>fH的信號(hào)則可從高通濾波器通過，惟有fL<f<fH的信號(hào)被阻斷。fL為低通濾波器的通帶截止頻率，fH為高通濾波器通帶截止頻率。精品文檔精品文檔圖7-27所示為典型的雙T帶阻濾波器，信號(hào)經(jīng)并聯(lián)而成的雙T網(wǎng)絡(luò)加到運(yùn)放的同相輸入端。12nRC可由低通和高通并聯(lián)得到必須滿足，圖7-27雙T帶見此波爆(點(diǎn)擊查看大圖)*7.1.9精密整流電路精密整流電路是由于硅二極管的起始導(dǎo)通電壓約為0.5V,用它來進(jìn)行整流，會(huì)產(chǎn)生很大的誤差的緣故而提出對(duì)小信號(hào)電壓進(jìn)行整流，

12、若采用由集成運(yùn)放組件和二極管組成的如圖所示整流電路就可完成對(duì)微弱信號(hào)進(jìn)行半波精密整流。(1) 當(dāng)u>0時(shí)，集成運(yùn)放輸出電壓u'o為負(fù)，于是二極管D1導(dǎo)通，深度的電壓并聯(lián)負(fù)反饋使運(yùn)放的反相輸入端三點(diǎn)為“虛地”，即UE-0O因此，u'0-0.7V,此時(shí)二極管。截止，電路輸出電壓Uo=0o精品文檔精品文檔（2）當(dāng)u<0時(shí)，集成運(yùn)放輸出電壓u'o為正，于是二極管Q導(dǎo)通，深度的電壓并聯(lián)復(fù)反饋通過1和R加在虛地點(diǎn)工，使u=0。此時(shí)電路輸出電壓為（點(diǎn)擊查看大圖）由分析可知，即使Ui<0.5V（硅二極管的起始電壓），輸出電壓Uo仍為|-Ui|,該二極管具有較高精度。假

13、設(shè)運(yùn)放的開環(huán)電壓增益Ao=5Xl04,二極管的導(dǎo)通電壓UOn=0.5V,那么只要輸入電壓Ui>10pV,就會(huì)使D導(dǎo)通，而當(dāng)Ui<-10V,則又會(huì)使口導(dǎo)通。也就是說，只要輸入電壓的幅度超過10V,電路就能正常工作,最小整流電壓峰值僅為10仙V。1517-29全波精密獨(dú)流電賭（點(diǎn)擊查看大圖）7.2 集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用7.2.1 單門限電壓比較器精品文檔精品文檔1.過零比較器（門限電平=0）（點(diǎn)擊查看大圖）（a）信號(hào)從同相端輸入（b）信號(hào)從反相端輸入例：利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲?。（點(diǎn)擊播放FLASH寅示動(dòng)畫一電壓比較器）（EWB真擬仿真一過零比較器）精品文檔精品文檔2.單門限比較

14、器（與參考電壓比較）（1）信號(hào)從同相端輸入（點(diǎn)擊查看大圖）運(yùn)放處于開環(huán)狀態(tài)當(dāng)Ui>LReF時(shí),Uo=+Um當(dāng)Ui<UeF時(shí),Uo=-UOmLRef為參考電壓2）信號(hào)從反相端輸入當(dāng)Ui<Uef時(shí),Uo=+LOm當(dāng)Ui>LReF時(shí)，Uo=-LOm（點(diǎn)擊查看大圖）精品文檔精品文檔(EWB真擬仿真一單門限比較器)3.限幅電路一一使輸出電壓穩(wěn)定(1)用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓(點(diǎn)擊查看大圖)(2)穩(wěn)幅電路的另一種形式：將雙向穩(wěn)壓管接在負(fù)反饋回路上精品文檔精品文檔1!.滯回電壓比較器滯回電壓叱較者輸出特性（點(diǎn)擊查看大圖）7.2.2 滯回電壓比較器特點(diǎn)：電路中使用正反饋。1 .滯回比較器1

15、）因?yàn)橛姓答?，所以輸出飽和?）當(dāng)Uo正飽和時(shí)（Uo=+Um）:3）當(dāng)Uo負(fù)飽和時(shí)（Uo=-UMJ?I=£=1141RII（點(diǎn)擊查看大圖）設(shè)初始值:精品文檔精品文檔Uo=+UOm,U=UH1設(shè)Ui,當(dāng)Ui>Uthi,Uo從+Um-UOm這時(shí)，Uo=-UOm,U二UtH2設(shè)Ui，當(dāng)Ui<UtH2,Uo_-UOm+UOm2 .傳輸特性Uhi：上門限電壓UTh2：下門限電壓UrH1-UtH2為回差UThD4m=-2匕寓7m號(hào)+段山U_2_u曲斗十舄用QUrif=17-!7=2-UJin心嵇兄#+RqJ上例：設(shè)輸入為正弦波，畫出輸出的波形精品文檔精品文檔（點(diǎn)擊播放FLASH寅示

16、動(dòng)畫一遲滯比較器）（EWB真擬仿真一滯回電壓比較器）7.3 集成運(yùn)放的使用常識(shí)7.3.1 合理選用集成運(yùn)放型號(hào)按照集成運(yùn)放指標(biāo)、性能不同分類，集成運(yùn)放可分為高放大倍數(shù)的通用型、高輸入阻抗、低漂移、低功能、高速、寬帶、高壓、大功率和電壓比較器等專用集成運(yùn)放。在結(jié)構(gòu)上還有單片多運(yùn)放型功放。在選用集成運(yùn)放時(shí)，要遵循經(jīng)濟(jì)適用原則，選用性價(jià)比較高的運(yùn)放，一般指標(biāo)性能高的運(yùn)放、專用集成運(yùn)放，價(jià)格也相應(yīng)較高，在無特別要求的場合應(yīng)盡量選用通用型、多運(yùn)放型運(yùn)放。7.3.2 集成運(yùn)放的引腳功能精品文檔精品文檔集成運(yùn)放的種類、門類很多，管腳數(shù)、管腳的功能和作用也不相同。如果不充分了解管腳的功能，盲目使用，就會(huì)造成使

17、用失當(dāng)，引來麻煩。因此在使用前必須認(rèn)真查閱該型號(hào)器件的技術(shù)資料，從中了解其指標(biāo)參數(shù)和使用方法7.3.3 消振和調(diào)零1. 產(chǎn)生高頻自激振動(dòng)原因：極問電容和其他寄生參數(shù)2. 消除高頻自激振動(dòng)方法：相位補(bǔ)償相位補(bǔ)償?shù)脑恚菏窃诰哂懈叻糯蟊稊?shù)的集成運(yùn)放內(nèi)部的中間級(jí)利用電容CB（幾十皮法幾百皮法）構(gòu)成電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路。目前大多數(shù)集成運(yùn)放內(nèi)部電路已設(shè)置消振補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，如5G6234。但有些運(yùn)放，如5G24、寬帶運(yùn)放5G1520等需外接消振補(bǔ)償電容后，才能使用，如下圖的5G24的89腳間跨接30pF小電容G就是利用相位補(bǔ)償來消振的。5G24用|位卜彳物消第精品文檔精品文檔(點(diǎn)擊查看大圖)圖7-3-1調(diào)零原理：在運(yùn)放的輸入端外加一個(gè)補(bǔ)償電壓，以抵消運(yùn)放本身的失調(diào)電壓,達(dá)到調(diào)整的目的。調(diào)零方法：(1)靜態(tài)調(diào)零法即將兩個(gè)輸入端接地，調(diào)節(jié)調(diào)零電位器R,使輸出為零；(2)動(dòng)態(tài)調(diào)零法，即加入信號(hào)前將示波器的掃描線調(diào)到熒光屏的中心位置，加入信號(hào)后掃描線的位置若發(fā)生偏移，調(diào)節(jié)調(diào)零電位器，使波形回到熒光屏中心的對(duì)稱位置，這樣運(yùn)放的動(dòng)態(tài)零點(diǎn)就被調(diào)好。調(diào)零電路有內(nèi)部調(diào)零和外部調(diào)零兩種電路。運(yùn)放凋零電路(點(diǎn)擊查看大圖)圖7-3-2本章小結(jié)1 .集成運(yùn)放可以構(gòu)成加法、減法、積分、微分等多種運(yùn)算電路。在這些電路中，均存在深度負(fù)反