第4章 集成运算放大器应用电路设计

长江师范学院电子信息技术实验教学中心第4章集成运算放大器应用电路设计4.1分立元器件放大电路设计4.2集成运算放大器应用电路设计4.3有源滤波电路设计4.4信号产生电路4.5变换电路长江师范学院电子信息技术实验教学中心4.1分立元器件放大电路设计长江师范学院电子信息技术实验教学中心4.1.1晶体管放大电路设计5-15-2RL（4-1）（4-2）长江师范学院电子信息技术实验教学中心图4-1共射放大电路长江师范学院电子信息技术实验教学中心图4-2共集电极放大电路长江师范学院电子信息技术实验教学中心4-34-1（4-3）（4-4）（4-5）长江师范学院电子信息技术实验教学中心图4-3交直流负载线长江师范学院电子信息技术实验教学中心（4-6）（4-7）（4-8）（4-7（4-6）长江师范学院电子信息技术实验教学中心长江师范学院电子信息技术实验教学中心44长江师范学院电子信息技术实验教学中心长江师范学院电子信息技术实验教学中心长江师范学院电子信息技术实验教学中心长江师范学院电子信息技术实验教学中心长江师范学院电子信息技术实验教学中心4.1.2场效应管放大电路设计长江师范学院电子信息技术实验教学中心4.1.2场效应管放大电路设计4-44-4长江师范学院电子信息技术实验教学中心4.1.2场效应管放大电路设计长江师范学院电子信息技术实验教学中心4.1.2场效应管放大电路设计图4-4场效应管放大电路长江师范学院电子信息技术实验教学中心4.1.2场效应管放大电路设计4-4长江师范学院电子信息技术实验教学中心4.1.2场效应管放大电路设计4-4长江师范学院电子信息技术实验教学中心4.1.2场效应管放大电路设计长江师范学院电子信息技术实验教学中心4.2集成运算放大器应用电路设计4.2.1集成运算放大器基本知识4.2.2简单电压放大电路设计4.2.3交流电压放大电路设计4.2.4前置放大电路设计4.2.5差动放大电路设计4.2.6隔离放大器4.2.7采样保持放大电路设计长江师范学院电子信息技术实验教学中心4.2.1集成运算放大器基本知识一.常用运算放大器类型1.通用型运算放大器参数是按普通用途设定的，各方面性能都较差，价格低廉。典型型号：μA741（单）、LM358（双）、LM324（四）、LF356等。常用于对速度和精度要求不高的场合。长江师范学院电子信息技术实验教学中心2.精密型运算放大器精确度高。典型型号：TLC4501/4502、TLE2027/2037、TLE2022、TLC2201、TLC2254等。常用于需要精确测量的场合。3.低噪声型运算放大器也属于精密型运算放大器，器件产生的噪声低。典型型号：TLE2027/2037、TLE2227/2237、TLC2201、TLV2262/2362等。常用于精确测量、低噪声的场合。长江师范学院电子信息技术实验教学中心4.高速型运算放大器转换速率高，频率响应宽。典型型号：LM318、μA715、TLE2037/2237、TLV2362、TLE2141/2142/2144、TLLE20171、TLE2072/2074、TLC4501等。常用于快速A/D和D/A转换器、视频放大器中。5.低电压、低功率型运算放大器低电压供电、低功率消耗。典型型号：TLV2211、TLV2262、TLV2264、TLE2021、TLC2254、TLV2442、TLV2341等。常用于便携式仪器，3V（或1.5V）的供电系统。长江师范学院电子信息技术实验教学中心6.高阻型运算放大器差模输入阻抗非常高，达109～1012Ω。典型型号：LF356/355/347、CF355/356/357、CA3130/3140等。常用于高输入阻抗的仪器仪表中。7.低温漂型运算放大器增益、共模抑制比都很高，输入失调电压、失调电流、温漂及噪声都很小。典型型号：OP-07、OP-27、AD508等。常用于精密仪器、弱信号检测等自动控制仪表中。长江师范学院电子信息技术实验教学中心8.高压大功率型运算放大器高电压供电、大电流输出。典型型号：D41、μA791。常用于高电压供电、大电流输出的场合。9.低温漂型运算放大器超低失调电压，超低漂移，高增益，高输入阻抗。典型型号：ICL7650。常用于直流和超低频系统中，如电桥信号放大、测量放大、生物医学工程检测等领域。长江师范学院电子信息技术实验教学中心4.2.2集成运算放大器主要参数（略）1.理想运算放大器符号4.2.3理想集成运算放大器图4-5运放的符号长江师范学院电子信息技术实验教学中心图4-6运放的新国标符号长江师范学院电子信息技术实验教学中心2.运算放大器电压传输特性图4-7运放电压传输特性4-7长江师范学院电子信息技术实验教学中心3.理想运放的参数长江师范学院电子信息技术实验教学中心4.集成运放的线性应用长江师范学院电子信息技术实验教学中心5.集成运放的非线性应用长江师范学院电子信息技术实验教学中心4.2.4集成运放的选用原则一般来讲，选择元器件的原则是在满足所有电气特性的前提条件下，尽可能选择价格低廉、市场供应货源充足的元器件，即选用性能价格比高、通用性强的元器件。（1）如果没有特殊要求，一般选用通用型运放。这类元器件直流性能较好，种类较多，价格低廉。（2）如果信号源的内阻很大，选用高输入阻抗的运放。另外，采样/保持电路、峰值检波、积分器，生物信号放大、提取、测量放大等领域。长江师范学院电子信息技术实验教学中心（3）如果要求低噪声、低漂移、高精度，则选用高精度、低漂移的低噪声集成运放。如：毫伏级或更弱信号的检测、精密模拟运算、高精度稳压源、高增益直流放大、自控仪表等。（4）对于视频信号放大、高速采样/保持、高频振荡、波形发生器、锁相环等，则选择高速宽带集成运放。（5）要求低功耗，选择低功耗运放。如便携式仪表、遥感遥测等。要求高压输入输出，选择高压运放；需要增益控制，选择程控运放。长江师范学院电子信息技术实验教学中心4.2.5使用集成运放注意事项（1）电源供给方式①对称双电源供电方式。②单电源供电方式。（2）调零问题由于运放输入失调电压和失调电流的影响，运放组成的线性电路输入信号为零时，输出往往不为零。为了提高精度，需要对失调电压和失调电流造成的误差进行补偿，即运放调零。长江师范学院电子信息技术实验教学中心调零方法：内部调零、外部调零。图4-8运放调零方法长江师范学院电子信息技术实验教学中心（3）自激振荡问题运放是一个高放大倍数的多级放大器，在深度负反馈条件下，容易产生自激振荡。为此，需要加入一定的频率补偿网络，消除自激振荡。图4-9运放自激消除方法C：消除自激振荡。C1～C4：退耦电容，消除电源内阻造成低频、高频振荡。低频：10μF高频：0.01μF～0.1μF长江师范学院电子信息技术实验教学中心（4）保护问题长江师范学院电子信息技术实验教学中心4.2.2简单电压放大电路设计电路如图4-10所示，要求：直流输入电压Ui=0.5V，Uo=5V，误差不超过1%，试设计电路中的相关参数。图4-10同相比例放大电路长江师范学院电子信息技术实验教学中心μA长江师范学院电子信息技术实验教学中心长江师范学院电子信息技术实验教学中心4.2.3交流电压放大电路设计1、双电源交流电压放大电路设计4-11长江师范学院电子信息技术实验教学中心图4-11交流电压放大电路1长江师范学院电子信息技术实验教学中心4-11ofAURRRU11长江师范学院电子信息技术实验教学中心2、单电源交流电压放大电路设计4-124-12长江师范学院电子信息技术实验教学中心图4-12单电源供电反相交流电压放大电路长江师范学院电子信息技术实验教学中心图4-13单电源供电同相交流电压放大电路长江师范学院电子信息技术实验教学中心4-13长江师范学院电子信息技术实验教学中心4.2.4前置放大电路设计4-14长江师范学院电子信息技术实验教学中心4.2.4前置放大电路设计图4-14两级NE5532N前置放大电路图长江师范学院电子信息技术实验教学中心长江师范学院电子信息技术实验教学中心4.2.5差动放大电路设计图4-15差动放大电路4-15长江师范学院电子信息技术实验教学中心4-16长江师范学院电子信息技术实验教学中心图4-16弱信号检测放大器长江师范学院电子信息技术实验教学中心4.2.6隔离放大器1、概述长江师范学院电子信息技术实验教学中心2、ISO130隔离放大电路设计4-17长江师范学院电子信息技术实验教学中心2、ISO130隔离放大电路设计4-17（1）性能特点长江师范学院电子信息技术实验教学中心（2）性能特点4-18长江师范学院电子信息技术实验教学中心（2）性能特点4-19基本连接电路如图4-19所示。输入既可采用双端也可采用单端，输入端电源V1可由干电池供电（或专用隔离电源供电），输入信号范围为0～5V。输出端最好接到下一级双端输入电路上。长江师范学院电子信息技术实验教学中心（3）使用注意事项长江师范学院电子信息技术实验教学中心（4）使用注意事项4-20长江师范学院电子信息技术实验教学中心78L05μFμFμFμF长江师范学院电子信息技术实验教学中心4.2.7采样保持放大电路设计1、SHC5320高速双极性采样/保持器（1）性能特点长江师范学院电子信息技术实验教学中心（2）内部结构与引脚说明4-214-22长江师范学院电子信息技术实验教学中心（3）失调电压调整4-244-244-244-244-24（4）典型接法图4-23是失调电压调整电路。10kΩ电位器接在3、4脚与负电源之间，通过调整可改变失调输出。图4-23失调电压调整电路长江师范学院电子信息技术实验教学中心21长江师范学院电子信息技术实验教学中心1221长江师范学院电子信息技术实验教学中心4.3有源滤波电路设计4.3.1滤波器分类1、无源滤波器4-254-26)1(1)(RCjA长江师范学院电子信息技术实验教学中心4-264-25长江师范学院电子信息技术实验教学中心2、有源滤波器长江师范学院电子信息技术实验教学中心各种滤波电路幅频特性如图4-27所示。4-27长江师范学院电子信息技术实验教学中心（1）低通滤波器（LPF）（4-9）（4-10）长江师范学院电子信息技术实验教学中心（2）高通滤波器（HPF）（4-11）（4-12）4-27（b）长江师范学院电子信息技术实验教学中心（3）带通滤波器（BPF）（4-13）（4-15）（4-14）长江师范学院电子信息技术实验教学中心（4-16）（4）带阻滤波器（BEF）（5）全通滤波器（4-17）长江师范学院电子信息技术实验教学中心4.3.2有源滤波器设计原理1、巴特沃斯滤波器（4-18）4-1长江师范学院电子信息技术实验教学中心4-1长江师范学院电子信息技术实验教学中心（4-19）（4-20）（4-21）4-21长江师范学院电子信息技术实验教学中心（4-22）（4-23）（4-24）（4-25）4-21长江师范学院电子信息技术实验教学中心4-12、切比雪夫滤波器长江师范学院电子信息技术实验教学中心（4-26）（4-27）（4-28）（4-29）长江师范学院电子信息技术实验教学中心3、贝塞尔滤波器长江师范学院电子信息技术实验教学中心4、有源滤波器设计步骤4-1长江师范学院电子信息技术实验教学中心4.3.3有源滤波器设计实例1、低通滤波器设计4-28（4-10）（4-30）（1）压控电压源（VCVS）低通滤波器长江师范学院电子信息技术实验教学中心4-28长江师范学院电子信息技术实验教学中心4-284-204-1长江师范学院电子信息技术实验教学中心（2）二阶无限增益多路反馈（MFB）低通滤波器4-29（4-31）长江师范学院电子信息技术实验教学中心4-29长江师范学院电子信息技术实验教学中心（4-32）长江师范学院电子信息技术实验教学中心（3）反馈式超低频低通滤波器4-304长江师范学院电子信息技术实验教学中心4-30长江师范学院电子信息技术实验教学中心44-34长江师范学院电子信息技术实验教学中心2、高通滤波器设计（1）二阶