1、集成運(yùn)放的應(yīng)用模擬電子技術(shù)集成運(yùn)放的應(yīng)用理想運(yùn)放可以理解為實(shí)際運(yùn)放的理想化模型。就是將集成運(yùn)放的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)理想化，得到一個(gè)理想的運(yùn)算放大器。即： （1）開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod；（2）差模輸入電阻rid；（3）輸出電阻rod0；（4）輸入失調(diào)電壓UIO0，輸入失調(diào)電流IIO0；輸入失調(diào)電壓的溫漂dUIO/dT0，輸入失調(diào)電流的溫漂dIIO/dT0；（5）共模抑制比KCMR；（6）輸入偏置電流IIB0；（7）3dB帶寬fh；（8）無干擾、噪聲。 1.1 理想運(yùn)放的技術(shù)指標(biāo)線性工作區(qū)是指輸出電壓uo與輸入電壓ui成正比時(shí)的輸入電壓范圍。在線性工作區(qū)，集成運(yùn)放uo與ui之間關(guān)系可表示為： uoA

2、oduiAod(uu) （1.1）式中，Aod為集成運(yùn)放的開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)，u+和u-分別為同相輸入端和反相輸入端電壓。對(duì)于理想運(yùn)放，Aod；而uo為有限值，工作在線性區(qū)時(shí)，有：uu0，即：uu （1.2） 這一特性稱為理想運(yùn)放輸入端的“虛短”。 由于理想運(yùn)放的輸入電阻ridric，而加到運(yùn)放輸入端的電壓uu有限，所以運(yùn)放兩個(gè)輸入端的電流： ii0 （1.3）這一特性稱為理想運(yùn)放輸入端的“虛斷”。1.1.1線性工作區(qū)的特點(diǎn) 運(yùn)放的工作范圍: 工作在線性區(qū)或工作在非線性區(qū)。 1.1 理想運(yùn)放的技術(shù)指標(biāo)1.1.2非線性工作區(qū)的特點(diǎn) 圖1.1集成運(yùn)放的傳輸特性 運(yùn)放的輸入信號(hào)超出了線性放大的范圍

3、，輸出電壓不再隨輸入電壓線性變化，而是達(dá)到飽和，輸出電壓為正向飽和壓降UOH（正向最大輸出電壓）或負(fù)向飽和壓降UOL（負(fù)向最大輸出電壓），如圖1.1所示。 不論輸入電壓是差模信號(hào)還是共模信號(hào)，兩個(gè)輸入端的電流均為無窮小，即仍滿足“虛斷”條件：ii0 1.2 基本運(yùn)算電路 1.2.1比例運(yùn)算電路 1.反相比例運(yùn)算電路（反相放大器）圖1.2反相比例運(yùn)算電路uoi f Rfui1.2 基本運(yùn)算電路 2.同相比例運(yùn)算電路(同相放大器)輸入電壓加在同相輸入端，為保證運(yùn)放工作在線性區(qū)，在輸出端和反相輸入端之間接反饋電阻Rf構(gòu)成深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，R為平衡電阻，RRfR1。 因?yàn)閕i0，且uuui 圖1.3

4、同相比例運(yùn)算電路1.2 基本運(yùn)算電路 所以i1if，uoifRf(i1R1)i1(RfR1)(RfR1) uoui(1)ui 比例系數(shù)取決于電阻Rf與R1阻值之比。 同相比例運(yùn)算電路中引入了電壓串聯(lián)負(fù)反饋，故可以進(jìn)一步提高電路的輸入電阻，降低輸出電阻，Ri，Ro0。 圖1.3中，若R1或Rf0，則uoui，此時(shí)電路構(gòu)成電壓跟隨器，如圖1.4所示。 1.2 基本運(yùn)算電路 圖1.4 電壓跟隨器 1.2.2加法器 （1）反相求和電路 反相求和電路如圖1.5所示，圖中有兩個(gè)輸入信號(hào)ui1、ui2，分別經(jīng)電阻R1、R2加在反相輸入端；為使運(yùn)放工作在線性區(qū)，Rf引入深度電壓并聯(lián)負(fù)反饋；R為平衡電阻，RRf

5、R1R2。 1.2 基本運(yùn)算電路 圖1.5反相求和電路 （2）同相求和電路 為實(shí)現(xiàn)同相求和，可以將各輸入電壓加在運(yùn)放的同相輸入端，為使運(yùn)放工作在線性狀態(tài)，電阻支路RF引入深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，如圖6.6所示。 1.2 基本運(yùn)算電路 圖6.6同相求和電路 uo(1)u+ u+ui1ui2ui3 (疊加原理) 1.2 基本運(yùn)算電路 1.2.3減法器 圖6.7減法運(yùn)算電路圖6.7所示為減法運(yùn)算電路，圖中，輸入信號(hào)uil和ui2分別加至反相輸入端和同相輸入端，這種形式的電路也稱為差分運(yùn)算電路。對(duì)該電路也可用“虛短”和“虛斷”來分析。 由于“虛斷”，流入集成運(yùn)放兩個(gè)輸入端的電流等于零。可以認(rèn)為反相端輸入端

6、對(duì)地電位U-是由輸入電壓uil和輸出電壓uO共同產(chǎn)生的，利用疊加定理可求得 =uil+uO （1.4） 而同相輸入端的電位為 由于“虛短”，即，故 （1.5） （1.5） 1.2 基本運(yùn)算電路 在上式中，如果滿足Rl=R3，RF=R4的條件，可求得 （6.6） 假如上式中RFRl，則uOui2uil。 （6.7） 1.2.4積分與微分運(yùn)算 1.積分電路 積分電路可以完成對(duì)輸入信號(hào)的積分運(yùn)算，即輸出電壓與輸入電壓的積分成正比。 常用的反相積分電路，如圖6.8所示。電容C引入電壓并聯(lián)負(fù)反饋，運(yùn)放工作在線性區(qū)。積分波形變換如圖6.9所示。 1.2 基本運(yùn)算電路 1.2 基本運(yùn)算電路 圖6.8 反相積

7、分電路基本形式圖6.9 基本積分電路的積分波形微分是積分的逆運(yùn)算，微分電路的輸出電壓是輸入電壓的微分，電路如圖1.10所示。圖中R引入電壓并聯(lián)負(fù)反饋使運(yùn)放工作在線性區(qū)。微分波形變換如圖1.11所示。 圖1.10 基本微分電路 圖1.11 微分電路信號(hào)波形 1.2 基本運(yùn)算電路 1.2.5 集成乘法器的應(yīng)用 模擬乘法器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)模擬量的乘法運(yùn)算，它廣泛應(yīng)用于乘法、除法、乘方和開方等模擬運(yùn)算，同時(shí)還廣泛應(yīng)用于信息傳輸系統(tǒng)作為調(diào)幅、解調(diào)、混頻、鑒相、鑒頻以及自動(dòng)增益控制電路，是一種通用性很強(qiáng)的非線性電子器件。 對(duì)于理想乘法器，其輸出電壓與在同一時(shí)刻的兩個(gè)輸入電壓瞬時(shí)值的乘積成正比，而且輸入電壓波

8、形、幅度、極性和頻率可以是任意的。根據(jù)乘法運(yùn)算的代數(shù)性質(zhì)，乘法器有四個(gè)工作區(qū)域，由它的兩個(gè)輸入電壓極性來確定，并可用X-Y平面中的四個(gè)象限表示。如果允許兩個(gè)輸入電壓的極性均可任意為正或負(fù)，則其工作區(qū)域有四個(gè)象限，這樣的乘法器稱為四象限乘法器；如果只允許其中一個(gè)輸入電壓的極性可以為正或負(fù)，而另一個(gè)輸入電壓被限定為某一種單極性，則其工作區(qū)域只有兩個(gè)象限，被稱為二象限乘法器；如果兩個(gè)輸入電壓均被分別限定為某一種單極性，則稱為單象限乘法器。 1.2 基本運(yùn)算電路 濾波電路可分為低通濾波、高通濾波、帶通濾波、帶阻濾波。各種濾波器的特性如圖1.12所示。(a)低通濾波器(b)高通濾波器 圖1.12 濾波器

9、的理想特性和實(shí)際濾波器特性 1.3 有源濾波器 (c)帶通濾波器 (d)帶阻濾波器 圖1.12濾波器的理想特性和實(shí)際濾波器特性 1.3.1 有源低通濾波電路 一階有源低通濾波電路如圖1.13所示，它由集成運(yùn)放和一階RC無源低通濾波電路組成，Rf引入負(fù)反饋使運(yùn)放工作在線性區(qū)。 1.3 有源濾波器 圖1.13 一階有源低通濾波電路 圖1.14 一階有源低通濾波電路的幅頻特性 1.3 有源濾波器 常用的二階低通濾波器是在一階低通濾波器基礎(chǔ)上改進(jìn)的，如圖1.15所示 圖1.15 二階低通濾波電路 1.3 有源濾波器 1.3.2 有源高通濾波電路 圖1.16 一階高通濾波電路 與低通濾波電路類似，一階電

10、路在低頻處衰減較慢，為使其幅頻特性更接近于理想特性，可再增加一級(jí)RC組成二階濾波電路如圖1.17所示。1.3 有源濾波器 圖1.17 二階高通濾波電路1.3.3 帶通和帶阻濾波電路 將截止頻率為fh的低通濾波電路和截止頻率為fl的高通濾波電路進(jìn)行不同的組合，就可以得到帶通濾波電路和帶阻濾波電路。將一個(gè)低通濾波電路和一個(gè)高通濾波電路串聯(lián)連接即可組成帶通濾波電路，fhfl才能組成帶通電路。 1.3 有源濾波器 圖1.18 帶通濾波和帶阻濾波電路的組成原理 1.3 有源濾波器 帶通濾波和帶阻濾波的典型電路如圖1.19所示。 圖1.19 帶通濾波和帶阻濾波的典型電路 1.3 有源濾波器 根據(jù)比較器的傳

11、輸特性不同，可分為單限比較器、滯回比較器及雙限比較器等。1.4.1 單限電壓比較器 單限比較器是指只有一個(gè)門限電壓的比較器。圖1.20 單限比較器電路及其電壓傳輸特性 1.4 滯回比較器 比較器輸出電壓由一種狀態(tài)跳變?yōu)榱硪环N狀態(tài)時(shí)，所對(duì)應(yīng)的輸入電壓通常稱為閾值電壓或門限電壓，用UTH表示。可見，這種單限比較器的閾值電壓UTH=UR。 若UR=0，即運(yùn)放反相輸入端接地，則比較器的閾值電壓UTH=0。這種單限比較器也稱為過零比較器。利用過零比較器可以將正弦波變?yōu)榉讲ǎ斎胼敵霾ㄐ稳鐖D1.21所示。圖1.21 簡(jiǎn)單過零比較器電路和輸入輸出波形 1.4 滯回比較器 1.4.2 滯回電壓比較器 圖1.2

12、2 存在干擾時(shí)，單限比較器的輸出、輸入波形 單限比較器電路簡(jiǎn)單，靈敏度高，但其抗干擾能力差。如果輸入電壓受到干擾或噪聲的影響，在門限電平上下波動(dòng)，則輸出電壓將在高、低兩個(gè)電平之間反復(fù)跳變，如圖1.22所示。 1.4 滯回比較器 圖1.23反相滯回電壓比較器 滯回電壓比較器用于控制系統(tǒng)時(shí)主要優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)。 1.4 滯回比較器 圖1.24 存在干擾時(shí)，滯回比較器的輸入、輸出波形 1.4 滯回比較器 1.5.1 型號(hào)的識(shí)別 集成電路器件型號(hào)命名方法 根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3430-1989半導(dǎo)體集成電路型號(hào)命名方法，集成電路器件型號(hào)由五部分組成，各部分符號(hào)及意義見表5.1。 集成運(yùn)放常見的封裝形

13、式有金屬圓形、雙列直插式、扁平式封裝等。 圖1.25所示為集成運(yùn)放CF741傘屬圓形封裝和塑料雙列直插式封裝外形及引腳排列圖。 (a)金屬圖形封裝 (b)塑料雙列直插式封裝 圖1.25 CF741集成運(yùn)放外形及頂視圖 1.5 使用技巧 1.5.2 使用注意事項(xiàng) （1）使用前應(yīng)認(rèn)真查閱有關(guān)手冊(cè)，了解所用集成運(yùn)放各引腳排列位置，外接電路，特別要注意正、負(fù)電源端，輸出端及同相、反相輸入端的位置。 （2）集成運(yùn)放接線要正確可靠。 （3）輸入信號(hào)不能過大。 （4）電源電壓不能過高，極性不能接反。 （5）集成運(yùn)放的調(diào)零。 調(diào)零時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：(1) 調(diào)零必須在閉環(huán)條件下進(jìn)行；(2) 輸出端電壓應(yīng)用小量程

14、電壓擋測(cè)量；(3) 若調(diào)節(jié)調(diào)零電位器輸出電壓不能達(dá)到零值，或輸出電壓不變。1.5 使用技巧 1.5.3 調(diào)試與檢測(cè) 1. 檢查已安裝的電路 (1) 外觀檢查。 (2) 檢查電路安裝有無斷路、短路或接觸不良等問題。 2. 靜態(tài)測(cè)試檢查 (1) 經(jīng)上述檢查確認(rèn)沒有錯(cuò)誤后，用萬用表直流擋將直流電壓源輸出電壓調(diào)整到所需數(shù)值，電源關(guān)斷后接入電路中，并認(rèn)真檢查，確保直流電源正確、可靠地接入電路，然后接通直流電源。 (2) 將電路的信號(hào)輸入端對(duì)地短接，用萬用表直流電壓擋測(cè)量集成運(yùn)放各引腳端對(duì)地直流電壓是否符合要求。 3. 動(dòng)態(tài)測(cè)試 (1) 靜態(tài)檢查正常后，切斷直流電源，拆去電路輸入端的對(duì)地恒接線。1.5 使用技巧 (2) 先對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行初測(cè)，使輸入電壓不超過規(guī)定的數(shù)值，然后將其接入被測(cè)電路的輸入端，再接通直流電源，即可對(duì)電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試。 (3) 一般情況下，動(dòng)態(tài)測(cè)試結(jié)果均與理論估算值接近下誤