集成运算放大器的基础知识 图解

6.1集成运算放大器的基本知识知识分布网络集成运算放大器理想集成运放的参数理想集成运放工作特性基本组成理想运放6.1.1集成运放的基本组成如图6-2所示。输入级：一般采用差分放大电路以抑制零点漂移。中间级：一般采用共发射极放大电路，提供足够高的电压放大倍数。输出级：一般采用互补射极输出器组成的对称电路，以改善带负载能力。偏置电路：为各级电路提供静态工作点a)园壳式b)双列直插式c)扁平式图6-3集成电路的外形121341213412134集成运放从外型上看有双列直插式、园壳式、扁平式。图6-3是部分集成电路的外形图(管脚的排列为从标志起逆时针数1，2，3，4……。)a)园壳式b)双列直插式c)扁平式图6-3集成电路的外形121341213412134集成运放由输入级、中间级、输出级和偏置电路组成。集成运算放大器的图形符号为图6-4示。图中“＋”表示同相输入端，输出信号与同相输入端输入信号相位相同；“－”表示反相输入端，输出信号与反相输入端输入信号相位相反。表示信号输出端。箭头的指向为放大器的传输方向；表示放大器的放大倍数。（6-1）odA++-ouuu图6-4运算放大器的图形符号)(0uuAuod6.1.1集成运放的基本组成6.1.2理想集成运放开环差模电压放大倍数→∞差模输入电阻→∞输出电阻=0共模抑制比→∞理想集成放大器的图形符号为图6-5所示，其中∞代表理想放大器的放大器的放大倍数为无穷大。图6-5理想集成放大器的图形符号odAidRodRCMRK1理想集成运放的主要参数6.1.2理想集成运放2理想集成运放工作特性图6-6集成运放的电压传输特性实际集成运放理想集成运放ouIu)(satOU)(satOU非线性区线性区非线性区ouIu)(satOU)(satOUOO6.1.2理想集成运放2理想集成运放工作特性图6-6为实际集成运放和理想集成运放的电压传输特性。传输特性分为线性区和非线性区。1）线性区当集成运放输入信号很微小时，集成运放输出信号随输入信号变化线性变化，其比值为集成运放的电压放大倍数。集成运放工作在线性状态。一般电路引入强度负反馈时才可保证集成运放工作在线性区。集成运放工作在线性区时有两个重要特征：(1)虚短：输入信号很微小，近似为0，两输入端电位近似相同，,近似为短路，称为“虚短”(2)虚断：集成运放工作在线性区时，由于输入阻抗很高近似为∞，输入电流,两输入端相当于断开，称为“虚断”。“虚短”与虚断”是分析运算放大器的线性应用的重要依据。2）非线性区集成运放开环状态时工作在非线性区，输出电压为最大饱和值：+或-，不随输入电压变化。mU0mU06.2集成运算放大器的应用知识分布网络集成运放的应用加法运算比例运算减法运算除法运算线性应用非线性应用微分运算积分运算电压比较器同相输入反相输入6.2.1集成运算放大器的线性应用1.比例运算1）反相输入反相输入放大电路如图6-7所示。输入信号经电阻R1送到反相输入端，同相输入端经RP接地。为反馈电阻，构成电压并联负反馈组态。图中电阻RP称为直流平衡电阻，以消除静态时集成运放内输入级基极电流对输出电压产生影响，进行直流平衡。6.2.1集成运算放大器的线性应用1.比例运算2)同相输入如图6-8所示。输入信号经电阻送到同相输入端。由“虚短”、“虚断”性质可知：∴（6-5）输出电压与输入电压同相，且成比例，故称为同相比例运算。当或,（6-6）称为电压跟随器，电路如图6-9所示。11RuiifioRuuififiifioiiRuuRuifouRRu)1(10fR1Riuu0++-ou++--Iu2R图6-9电压跟随器6.2.1集成运算放大器的线性应用2.其他几种运算集成运放其它几种运算应用如表6-2所示，用“虚短”“虚断”概念，同样可分析出结论.6.2.1集成运算放大器的线性应用2.其他几种运算6.2.2集成运算放大器的非线性应用集成运放在开环状态时，一般工作在非线性区。可做电压比较器使用。图6-14(a)为电压比较器电路及电压传输特性,当当通过输出电压的正负可显示两输入端电位的关系，实现电压比较,如图6-14（b）。当时,称为过零比较器。其传输特性如图6-14（c）。omRiUuUu0时，omRiUuUu0时，0RU图6-14运算放大器的非线性应用(a)(b)(c)例:例6-3两级运放电路如图6-15所示，第一级运放的输入信号V，第二级运放的同相输入端加入参考电压=1V。集成运放的饱和输出电压V，双向稳压管的=6V。试对应画出输出电压的波形。图6-15例6-3用图1.认识电路2.电路安装3.电路调试1.认识电路1集成电压比较电路——LM119(319)及KA319简介.LM119(319)的管脚图如图6-18，LM119为军用，LM319为民用。KA319的管脚图如图6-192电路的组成：A1及外围元件构成过压检测器，A2及外围元件构成欠压检测器，VZ提供参考电压即阀门电压，R3为VZ的限流电阻。VZ为2.5V的稳压管。3元器件的选定及工作原理：其电路如图6-20所示。当蓄电池的电压大于13V或小于10V时，发光二极管LED1或LED2分别发光警告。图6-20蓄电池欠压、过压报警器3元器件的选定及工作原理：1)基准单元：由R3及VZ组成。稳压管选用稳压值为2.5V的稳压管，取工作电流为=1mA。则R3=。取R3=10KΩ2)超压警报单元A1为单值比较器，基准电平为=2.5V,当电池的电压低于13V时，应有＜2.5V，比较器A1输出高电平，LED1截止，不亮；当电池的电压高于13V时，此时2.5V，比较器A1输出低电平，LED1亮。所以R11、R12应由下列分压公式估算：取R11=10.0KΩ（系列）,则R12=42KΩ,取R12=42.2KΩ；LED1选为BT111-X（红）发光二极管，其最大电流为=20mA,正向电压为=1.9V，取工作电流为=12mA,则R14=Ω,取R14=10KΩ。VZ为2.5V的稳压管。KmAVIUzVFCC95.01)5.212(1VUVRRRT5.213121111196EFMIFMU1FIKmAVIUVFFCC5.912)9.113(113元器件的选定及工作原理：3)欠压警报单元：A2为欠压检查电路，基准电平也为=2.5V,当电池电压低于10V时，＜2.5V时比较器A2输出低电平，LED2发光。当＞2.5V时比较器A2输出高电平，LED2截止。LED2选为BT111-X（绿）发光二极管，其最大电流为=20mA,正向电压为=2.3V，取工作电流为=12mA,则R24=Ω取R24=680Ω。R21、R22由下式估算：取R21=10.0KΩ,则R22=30.0KΩ。1TU21RU21RUFMIFMU2FIKmAVIUVFFCC624.012)3.213(22VUVRRRT5.21022212112.电路安装按电路图6-20合理设计元件位置进行安装。安装完毕后检查无误，可通电测试。1将12V的电池换成直流可调电源，通电后将电压调到13V，LED1亮，测LM119D的③电压应为2.5V,④电压应大于2.5VV，；否则调大R12的电阻值。调节电源电压,用示波器跟踪①的波形.2将12V的电池换成直流可调电源，通电后将电压调到10V，LED2亮，测LM119D的⑨电压应为2.5V,⑧电压应小于2.5VV；否则调小R21的电阻值。调节电源电压,用示波器跟踪⑥的波形.3、电路调试1、接线正确2、元件成型规则、排列整齐3、焊点无毛糙，无漏焊、虚焊4、调试成功，LED1、LED2能正常报警5、会使用万用表、示波器进行测量6、按规定进行操作，安全文明生产