运算放大器5章 应用电路_百度文库
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运算放大器5章 应用电路
运​算​放​大​器章​ ​应​用​电​路
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根据“虚短”规则,容易知道u-=u+.而在图5-1的电路中,同相输入端直接接在公共地上,故u+=0,因此u-=u+=0.
因为U+接着地啊！~~~常用放大器_百度文库
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常用放大器
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你可能喜欢集成运算放大器
集成运算放大器
内容引出：
电子技术发展的一个重要方向和趋势是实现集成化，因此，集成放大电路的应用是本课程的重点内容之一，首先必须了解集成运算放大电路（集成运放）的基本知识。
本章主要介绍集成运放的基本组成电路、主要技术指标、实际集成运放理想化特点和使用时需要注意的几个具体问题。
本章主要内容：
集成运放理想化特点
集成运放的基本组成电路
5.1集成运放的基本组成电路
讲课思路：
集成运放的外形特点
基本组成电路框图
差分放大输入级
中间放大级
互补对称输出级。
5.1.1 集成运放的外形结构介绍
现在使用的运算放大器都是集成组件，应用最广泛的集成放大器是集成运算放大器（集成运放），最早用于模拟计算机，并由此而得名。随着技术指标的不断提高和价格的日益降低，作为一种通用的高性能放大器，目前已经广泛应用于自动控制、精密测量、通信、信号处理以及电源等电子技术应用的所有领域。
集成运放有金属圆壳式和陶瓷双列直插式等封装形式，如图5.1所示是集成运放F007和μA741的外形、管脚图。
图中：①、⑤、⑧――空脚
②――反相输入端
③――为同相输入端
⑥――为输出端
⑦――正电源端
④――负电源端
集成运放内部电路结构复杂，而对使用者来说，须掌握的是其主要性能及其连接和使用的方法，因而本章不再详细介绍其内部结构。在具体应用中，集成运放可视为一个高增益（80~140dB）、高输入电阻、低输出电阻的多级直接耦合放大器，为了抑制零点漂移, 抵制温漂变化对电路的影响，输入级采用了差分放大电路。差分放大电路，有两个输入端和一个输出端。图5.2所示是集成运放的电气符号及其管脚标准接法。
集成运算放大器内部通常包括四个组成基本部分，如图5.3方框图所示。
5.1.2 偏置电路
主要作用：向各放大级提供合适的静态工作点。
各放大级对偏置电流和工作电流要求不同，差分输入级的偏置电流最小（
级），且要求稳定。为此，偏置电路常采用各种电流源电路。应用最广泛的电流源是镜像电流源，另外还有比例电流源、微电流源等。
1.镜像电流源
如图5.4是镜像电流源电路。
――基准电流
参数对称，
(β>>2)
2.微电流源
如图5.5是微电流源电路。
的发射极接入一个电阻
<<
由于 IC=IS(
−1)≈IS
ln⁡(
ln⁡
ln⁡
说明，若已知
级），可以求出
5.1.3 差分放大输入级
本级电路对于集成运放的质量和性能指标起决定作用，内部采用直接耦合方式。为了提高输入电阻，减少零点飘移，提高整个电路的共模抑制比，一般都是利用集成运放内部元件参数对称性，采用差分放大电路结构。它的主要作用是：抑制放大电路的零点漂移。
差分放大电路主要形式：基本形式、长尾式和恒流源式。这里主要介绍基本形式。
1.基本形式
如图5.6所示为基本形式差分放大电路。
工作原理：
电路中参数、电路结构完全对称，可以抑制温度变化对输出电压的影响，即抑制零点漂移。两管输入信号分别为
差模输入信号:
共模输入信号:
可见，两个管子除了得到大小相等、极性相同的共模输入电压
外，还分别得到大小相等、极性相反的差模输入电压
，两个管子只是输入共模信号，由于电路对称，
，可按上式进行信号分解，分别得到共模信号
和差模信号
共模电压放大倍数:
差模电压放大倍数:
⋅(−
因为电路完全对称, 所以
共模抑制比:
=20lg⁡|
，用来描述差分放大电路对零漂的抑制能力。
2.恒流源式差分放大电路
如图5.7所示为.恒流源式差分放大电路
为固定分压式偏置电路，
基本不受温度变化的影响，很稳定，是恒流源，其特性如图5.8所示。
也稳定，不会因为温度变化而同时增加或减小，因而抑制了共模信号的变化和零漂。
当输入共模信号时，
的C、E之间的等效电阻
≈∞
（即恒流源的等效电阻），起共模负反馈作用，使
减小；当输入差模信号时，
，两管的发射极之间
中点（电位不变）为“交流地”，
不起任何作用，即不影响
恒流源式差分放大电路定量分析：
（1）静态分析
（2）动态分析
构成的恒流源起共模负反馈作用和抑制零漂，因此
；对差模输入信号没有任何影响。
――调零电阻，差模输入时，
中点为“交流地”,对应的交流通路如图5.9所示。
ud单
−β
+(1+β)
+(1+β)
=20lg⁡|
|=∞
5.1.4 共射放大中间级
中间级主要作用――电压放大。
要求电压放大倍数要高，一般采用有源负载的共射放大电路。为了提高放大倍数，并减小对输入级的影响，放大管往往采用复合管。
如图5.10是一个有源负载复合管共射放大电路。
――镜像电流源，等效电阻值很大。
两个NPN型三极管
复合构成NPN：
β≈
+(1+β)
因此，本级的电压放大倍数很大。
5.1.5 互补对称输出级
为减少输出电阻，提高电路的带负载能力，集成运放输出级通常采用互补对称功放电路。此外，输出级还附有保护电路，以防意外短路或过载时造成损坏。
集成运放的主要技术指标
讲课思路：
1.开环差模电压增益
：集成运放在无反馈情况下的差模电压放大倍数，体现运放的放大能力，是决定运算精度的指标，理想时希望
。可用分贝（dB）表示,
=20lg⁡|
2.开环差模输入电阻
：反映集成运放向信号源索取电流的大小。理想时希望
3.共模抑制比
：衡量集成运放抑制温漂的能力。理想时希望
=20lg⁡|
4.输出电阻
：反映集成运放带负载的能力。理想时希望
其他参数还有：输入失调电压
、输入失调电压温漂
、输入失调电流
、输入偏置电流
、最大共模输入电压
、最大差模输入电压
−3dB
带宽、电源电压
、转换速率
5.3 实际集成运放的理想化特点
讲课思路：
在分析时，一个实际的集成运放一般可看成是一个理想运算放大器，理想运放的特征可概括为“三高一低”：
。运放特性曲线如图5.11所示。该曲线可划分为两个工作区：线性放大区、非线性区。
，得到在线性应用（运放工作在线性区）时的两条重要结论：
虚短―― U
≈0)
虚断―― I
要保证运放工作在线性区，一般要在电路中引入深度负反馈。
理想运放工作非线性区（开环）时，也有两条重要结论:
≠0)
5.4 集成运放使用时需要注意的几个具体问题
讲课思路：
在使用集成运放构成各种应用电路时，通常通过查手册得到各项参数。对于使用中出现的异常现象，要能够分析和排除；集成运放是多级放大器，具有极高的电压放大倍数，因而极易产生自激振荡，需外接补偿电路以消除振荡；此外，还需外接调零电路，以便在输入信号为零时将输出电压调整为零。常用的几种型号的运放采用内补偿，不需外接补偿电路，如F007、LM358等。
1.输入信号：选用交、直流量均可，但在选取信号的频率和幅度时，应考虑运放的频响特性和输出幅度的限制。
2.调零： 为提高运算精度，在运算前，
应首先对输出直流电位进行调零，即保证输入为零时，输出也为零。当运放有外接调零端子时，可按组件要求接入调零电位器
，调零时，将输入端接地，细心调节
，用直流电压表测量输出电压
为零。如运放没有调零端子，若要调零，可按图5.12所示电路进行调零。
一个运放如不能调零，大致有如下原因：
组件正常，接线有错误。
组件正常，但负反馈不够强。
组件正常，但由于它所允许的共模输入电压太低，可能出现自锁现象，因而不能调零。为此可将电源断开后，再重新接通，如能恢复正常，则属于这种情况。
组件正常，调零电位器有问题。
⑤组件内部损坏，应更换好的集成块。
3.自激及消振：一个集成运放自激时，表现为即使输入信号为零，亦会有输出，使各种运算功能无法实现，严重时还会损坏器件。在实验中，可用示波器监视输出波形。为消除运放的自激，常采用如下措施进行消振：
①若运放有相位补偿端子，可利用外接RC补偿电路，产品手册中有补偿电路及元件参数提供。
②电路布线、元、器件布局应尽量减少分布电容。
③在正、负电源进线与地之间接上几十
的电解电容和0.01～0.1
的陶瓷电容相并联，以减小电源引线的影响。
4.集成运放的保护
①输入保护。为防止共模信号或差模信号过高影响集成运放正常工作或造成损坏，可在两个输入端加保护二极管，如图5.13所示。
②电源极性错接保护，如图5.14所示。
集成运算放大器实质上是一个具有高放大倍数的多级直接耦合放大电路，内部通常包含四个基本组成部分：输入级、中间级、输出级和偏置电路。
输入级对集成运放多项技术指标起着决定性作用。大多采用差分放大电路，主要是为了提高共模抑制比和减小零漂。
中间级的主要作用是放大，提供足够大的电压放大倍数。常采用有源负载和复合管放大电路。
输出级的主要作用是向负载提供足够大的输出功率。常采用互补对称电路。
偏置电路的主要作用是向各放大级提供合适的偏置电流，确定静态工作点。常采用各种各样的电流源。
集成运放的主要技术指标是其各种性能的定量描述，也是选用运放产品的依据。
在分析时，一个实际的集成运放一般可看成是一个理想运算放大器，理想运放的特征可概括为“三高一低”：
。运放工作可划分为两个工作区：线性放大区、非线性区。
，得到在线性应用（运放工作在线性区）时的两条重要结论：
虚短―― U
≈0)
虚断―― I
要保证运放工作在线性区，一般要在电路中引入深度负反馈。
理想运放工作非线性区（开环）时，也有两条重要结论:
≠0)
要求正确理解各种概念、性能指标和
“虚短”、“虚断”的结论。}