電子技術項目教程集成運算放大器的認識

電子技術項目教程主編：徐超明李珍副主編：姚華青王平康章青松2023/5/221知識目標：了解集成運放的電路結構，熟知集成運放降低零點漂移的基本方法。掌握集成運放組成的三種輸入形式的放大器及信號運算電路的結構特點和主要性能。掌握區(qū)分運放工作在不同區(qū)域的方法。能按照輸出電壓與輸入電壓的關系要求，設計集成運放應用電路，并確定電阻的阻值。項目3信號產生電路的設計與制作2023/5/222知識目標：掌握典型三角波、方波產生應用電路。了解振蕩器的功能、電路結構、振蕩條件。熟知LC振蕩的電路組成、理解電路工作原理，會判別電路是否振蕩。了解石英晶體振蕩電路的基本形式，理解基本工作原理。掌握函數(shù)產生器8038的功能及其應用。項目3信號產生電路的設計與制作2023/5/223技能目標：掌握利用運放工作在不同區(qū)域的特點分析運放應用電路的方法。能正確識讀集成運放的引腳。會用電阻測量法或電壓測量法判斷集成運放質量好壞。初步具有排除集成運放常見應用電路故障的能力。練習識讀特色信號產生電路實例。會用示波器觀察振蕩波形的頻率和幅度；掌握振蕩電路頻率調整方法。會用集成函數(shù)產生器8038設計實用信號產生電路，并掌握調試方法。項目3信號產生電路的設計與制作2023/5/224工作任務：比例運算電路制作與測試。三角波、方波發(fā)生器設計與制作。函數(shù)信號發(fā)生器設計與制作。項目3信號產生電路的設計與制作2023/5/2253.1集成運算放大器的認識3.1.1集成運算放大器的基本組成3.1.2集成運算放大器的種類3.1.3集成運算放大器的主要性能指標3.1.4集成運算放大器使用中的幾個具體問題實訓任務3.1集成運算放大器的認識2023/5/226集成電路是一種集成化的半導體器件，即以半導體單晶硅為芯片，采用專門的制造工藝，把晶體管、場效應管、二極管、電阻等元件及它們之間的連線所組成的完整電路制作在一起，然后封裝在一個外殼內，成為一個不可分的固定組件，使之具有特定功能。實訓任務3.1集成運算放大器的認識2023/5/227圓形式雙列直插式單列扁平式單列直插式扁平式圖4-1集成電路封裝形式集成運算放大電路是一種雙端輸入、單端輸出，具有高增益、高輸入阻抗、低輸出阻抗的多級直接耦合放大電路。早期，運放主要用來完成模擬信號的求和、微分和積分等運算，故稱為運算放大器。現(xiàn)在，運放的應用已遠遠超過運算的范圍，它在通信、控制和測量等設備中得到廣泛應用。實訓任務3.1集成運算放大器的認識2023/5/228

集成運放可以有同相輸入、反相輸入及差動輸入三種輸入方式。

集成電路（英文簡稱IC）是60年代初發(fā)展起來的一種新型半導體器件。集成電路特點：體積小，密度大、功耗低、引線短、外接線少，電子電路的可靠性與靈活性，組裝和調整工作量少，成本低。集成運算放大器內部結構通常包含四個基本組成部分：輸入級、中間級、輸出級以及偏置電路。3.1.1集成運算放大器的基本組成2023/5/229輸入級常利用差動放大電路的對稱特性來提高整個電路的共模抑制比和電路性能；中間級的主要作用是提高電壓增益，一般由多級放大電路組成；輸出級常用電壓跟隨器或互補對稱功率放大電路，以降低輸出電阻，提高帶負載能力；偏置電路為各級放大電路提供合理的偏置電流。3.1.1集成運算放大器的基本組成2023/5/22101.通用型運算放大器

通用型運算放大器是以通用為目的而設計的。這類器件的主要特點是價格低廉、產品量大面廣，其性能指標能適合于一般性使用。常見的型號有μA741、LM386、LM324等。2.高阻型運算放大器

高阻型運算放大器的特點是差模輸入阻抗非常高，輸入偏置電流非常小。常使用場效應管作為運算放大器的差分輸入級，使其不僅輸入阻抗高，輸入偏置電流低，而且具有高速、寬帶和低噪聲等優(yōu)點，但該類運算放大器輸入失調電壓較大。常見的集成器件有LF356、LF355、LF347（四運放）及更高輸入阻抗的CA3130、CA3140等。3.1.2集成運算放大器的種類2023/5/22113.低溫漂型運算放大器

低溫漂型運算放大器具有失調電壓小且溫度的變化影響小特點，主要應用在精密儀器、弱信號檢測等自動控制儀表中。目前常用的高精度、低溫漂運算放大器有OP-07、OP-27、AD508及由MOSFET組成的斬波穩(wěn)零型低漂移器件ICL7650等。4.高速型運算放大器

高速型運算放大器的主要特點是具有較高的轉換速率和較寬的頻率響應，主要應用于快速A/D和D/A轉換器、視頻放大器等器件中。常見的運放有LM318、μA715等。3.1.2集成運算放大器的種類2023/5/22125.低功耗型運算放大器

電子電路集成化的最大優(yōu)點是能使復雜電路小型輕便，所以隨著便攜式儀器應用范圍的擴大，必須用低電源電壓供電的低功率消耗運放，這類運放TL-022C、TL-060C等，其工作電壓為±2V～±18V，消耗電流為50～250μA。6.高壓大功率型運算放大器

運算放大器的輸出電壓主要受供電電源的限制。在普通的運算放大器中，輸出電壓的最大值一般僅幾十伏，輸出電流僅幾十毫安。若要提高輸出電壓或增大輸出電流，集成運放外部必須要加輔助電路。高壓大電流集成運算放大器外部不需附加任何電路，即可輸出高電壓和大電流。例如D41集成運放的電源電壓可達±150V，μA791集成運放的輸出電流可達1A。3.1.2集成運算放大器的種類2023/5/22131.開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aud

其數(shù)值很高，一般約為104～107。該值反映了輸出電壓U0與輸入電壓U＋和U－之間的關系。2.差模輸入電阻rid

運放的差動輸入電阻很高，一般在幾十千歐至幾十兆歐。3.輸出電阻ro

由于運放總是工作在深度負反饋條件下，因此其閉環(huán)輸出電阻很低，約在幾十歐至幾百歐之間。3.1.3集成運算放大器的主要性能指標2023/5/22144.最大共模輸入電壓Uicmax

指運放兩個輸入端能承受的最大共模信號電壓。超出這個電壓時，運放的輸入級將不能正常工作或共模抑制比下降，甚至造成器件損壞。5.輸入失調電壓UIO

指為使輸出電壓為零而在輸入端加的補償電壓，其大小反映了電路的不對稱程度和調零的難易。6.共模抑制比KCMR

反映了集成運放對共模輸入信號的抑制能力。其定義為差模電壓放大倍數(shù)與共模電壓放大倍數(shù)的比值。KCMR越大越好。3.1.3集成運算放大器的主要性能指標2023/5/22151.集成禍運放缸的選蘭擇在沒倚有特聽殊要英求的成場合夕，盡喬量選望用通晴用型稅集成艘運放贈，這量樣即泡可降植低成目本，休又容殊易保黎證貨令源。當一末個系歐統(tǒng)中叢使用脾多個箏運放亮時，雞盡可軌能選掀用多本運放魔集成姐電路劫，例睜如LM誼32陽4、LF鍋34跑7等都折是將帆四個皂運放條封裝君在一籮起的正集成色電路絮。實際控選擇顫集成下運放趕時，殲除性婚能參澡數(shù)要斥考慮講之外嶼，還杏應考乏慮其垂他因盒素。虹例如尾信號斷源的域性質偷，是檢電壓厚源還咐是電兼流源夠；負激載的困性質尋，集緒成運籌放輸斬出電罷壓和顆電流朝的是鴨否滿旦足要繞求；須環(huán)境鉤條件,集成忽運放泳允許瞧工作悼范圍找、工杠作電源壓范盛圍、壞功耗利與體賤積等桂因素板是否嗽滿足弊要求趨等。3.快1.館4集成嗎運算特放大查器使賺用中內的幾喝個具但體問曲題20俘23搞/5汗/1怒8162.集成奸運放晨參數(shù)營的測洋試以μA7站41為例直，其逢管腳民排列彼如圖3.速4（a）所其示。其中2腳為巷反相蔬輸入揭端，3腳為可同相途輸入匠端，7腳接饑正電黃源15托V，4腳接鈔負電必源-1似5V，6腳為鄰輸出呢端，1腳和5腳之北間應染接調晴零電新位器看。μA7拒41的開鈴環(huán)電賀壓增棕益Aud約為94潑dB啄(5×104倍)。3.欣1.雕4集成按運算馳放大側器使趕用中副的幾淹個具跪體問愛題20狼23晨/5假/1票817用萬蔑用表礙估測棚μA7鼻41的放魂大能架力時畏，需鄉(xiāng)豐接上極±15澆V電源枕。萬腿用表伴撥至50失V擋。3.集成躺運放悄使用倒注意編事項1）集槐成運春放的恭電源員供給棋方式集成棋運放喪有兩瞧個電奶源接保線端+VCC和-VEE，但川有不戴同的效電源培供給裙方式申。對邪于不居同的戰(zhàn)電源紐奉供給申方式堵，對膚輸入煙信號蘋的要范求是少不同知的。（1）對稱鄭雙電得源供撕電方春式運算壩放大膨器多及采用乒這種搖方式定供電吹。相哀對于繼公共番端（錯地）棵的正膀電源猜（+E）與傘負電纏源（-E）分凈別接河于運員放的+VCC和-VEE管腳什上。路在這花種方碗式下橋，可朱把信雙號源催直接驚接到猴運放聯(lián)的輸診入腳梁上，衛(wèi)而輸促出電蔑壓的陰振幅攏可達統(tǒng)正負武對稱不電源壘電壓判。（2）單電橫源供白電方黑式單電老源供厲電是震將運霸放的-VEE管腳垃連接昌到地熊上。競此時指為了司保證吹運放水內部熱單元偏電路荒具有窮合適績的靜躁態(tài)工仔作點子，在尊運放乞輸入絨端一仇定要雷加入役一直憤流電孔位。裳此時饑運放脅的輸蠟出是蒜在某賺一直滋流電贊位基伸礎上絕隨輸臟入信旅號變謝化。巧靜態(tài)惰時，感運算其放大產器的謙輸出農電壓含近似柿為VCC/2，為甩了隔每離掉驗輸出尚中的促直流飼成分促要接撿入電歇容。3.嗎1.鞋4集成筋運算悲放大須器使缺用中檢的幾餡個具榴體問善題20齒23般/5黎/1返8183.集成喬運放汗使用務注意壟事項2）集省成運表放的棕調零呢問題由于揚集成旁運放箏的輸蒙入失速調電鼓壓和武輸入封失調店電流望的影叛響，留當運跑算放驚大器藍組成暫的線佩性電移路輸森入信結號為漁零時煮，輸杜出往允往不濤等于釀零。蛋為了惠提高渾電路棋的運旨算精紀度，輛要求刷對失腥調電垂壓和鎮(zhèn)失調歌電流鑼造成威的誤哄差進嗽行補雁償，較這就本是運嶄算放突大器闊的調啊零。儉常用劫的調妖零方孫法有徒內部禍調零虜和外性部調逮零，壞對于課沒有匆內部首調零濫端子敵的集頑成運拍放，鮮只有欣采用幕外部種調零尊方法棟。3.其1.項4集成摔運算夜放大在器使耗用中爺?shù)膸着褌€具加體問帥題20冷23喘/5極/1隨819以uA填74看1為例：3.集成智運放完使用咬注意以事項3）集搏成運趕放的售自激紋振蕩貪問題運算客放大拖器是桑一個寬高放冒大倍樹數(shù)的蹲多級蘆放大朵器，爭在接緣瑞成深玻度負截反饋或條件左下，授很容酒易產晃生自窄激振炭蕩。上自激羊振蕩鉤使放口大器術的工禽作不賺穩(wěn)定罪。為了甲消除雕自激弱振蕩絡，有允些集裙成運丹放內他部已射設置插了消元除自尺激的然補償捏網絡卻，有肯些則州引出鞠消振禁端子廢，采筋用外件接一內定的周頻率魚補償甘網絡送進行先消振香，如濟接RC補償遺網絡四。另像外，醋防止販通過誤電源鞋內阻達造成懲低頻晶振蕩呢或高懶頻振逝蕩的園措施狐是在喊集成免運放局的正破、負納供電療電源余的輸舞入端頭對地唇之間列并接談入一執(zhí)電解消電容裁（10μF）和筑一高現(xiàn)頻濾陜波電約容（0.括01μF～0.駱1μF）。3.義1.是4集成望運算乏放大倚器使薪用中擊的幾歉個具各體問桑題20凡23蟲/5眉/1爽8203.集成骨運放筐使用年注意斗事項4）集挺成運斑放的胳保護旨問題集成禽運放特在使作用中膀常因哈以下役三種法原因諷被損咬壞：須輸入脾信號妄過大去，使PN結擊佳穿；時電源恥電壓斃極性蹤蝶接反齊或過炭高；誤輸出夸端直罪接接祖“地核”或礎接電慨源，肯此時奪，運懶放將釀因輸患出級崗功耗扮過大外而損蔬壞。失因此烤，為山使運裕放安短全工黨作，陣也需駁要從兔這三慣個方極面進為行保彼護。（1）輸入煤端保代護防止英差模惕電壓霸過大宇的?？甲o電脅路如扯圖3.抱6（a）所瘋示，芹它可惹將輸雪入電表壓限稼制在悼二極貪管的犁正向豎導通稿電壓譯以內賀；圖3.該6（b）所腳示是臟防止腎共模派電壓爛過大茂的保綿護電頁路，負它限樓制集絹成運篇放的穿共模賤輸入今電壓弟不超辰過+U至-U的范破圍。3.偏1.暮4集成僵運算近放大桂器使捐用中奔的幾書