353-集成運算放大器應用

1、集成運算放大器應用集成運算放大器應用實驗目的實驗目的 1.1.熟悉運算放大器集成芯片的引腳、熟悉運算放大器集成芯片的引腳、功能功能 2.2.掌握正負對稱電源的連接方法掌握正負對稱電源的連接方法 3.3.鞏固由運放組成的線性基本運算鞏固由運放組成的線性基本運算電路的基本知識電路的基本知識 4.4.比較比較LM358LM358和和LF353LF353的性能。的性能。 實驗原理實驗原理 集成運算放大器是一個具有高增益、高輸入阻抗、低輸出阻抗的直接耦合放大器。 放大器外加負反饋網(wǎng)絡，可構成各種不同的運算電路。 運算電路就是對輸入信號進行比例、加法、減法、乘法、除法、積分、微分等運算。虛短、虛斷的概念虛

2、短、虛斷的概念盡管集成運放的應用電路多種多樣，但就其工作區(qū)域盡管集成運放的應用電路多種多樣，但就其工作區(qū)域卻只有兩個：卻只有兩個：線性區(qū)線性區(qū)和和非線性區(qū)非線性區(qū)。理想運放的性能指標：理想運放的性能指標： 放大倍數(shù)；差摸輸入電阻；輸出電阻0理想運放工作在線性區(qū)的特點：理想運放工作在線性區(qū)的特點：)(NPodouuAu 虛短虛短 虛斷虛斷0PNPNuuii1、反相比例運算電路引入了電壓并聯(lián)負反饋，故 I+=I-=0 “虛斷” U+=U-=0 “虛地” I1=If f0i1RU =-UR(1) 若Rf太大、R1亦大，這樣容易引起較大的失調(diào)溫漂；Rf太小，則R1亦小，輸入電阻Ri也?。ㄒ蛟撾娐返腞i

3、= R1），不能滿足高輸入阻抗的要求。一般取Rf為幾十千歐幾百千歐。 (2) 為了減小偏置電流的影響，一般取R= R1Rf。 參數(shù)的選擇：2、同相比例運算電路引入了電壓串聯(lián)負反饋。理想情況下 I+=I-=0 “虛斷” U-=U+=Ui “虛短”故0ii1fU -UURRf0i1RU =(1+)UR3、反相比例加法運算電路反相求和電路根據(jù)“虛短”、“虛斷”的原則0i1i212f-UUURRRff0i1i212RRU =-(U +U )RR得：電路中R1、R2、Rf、R的選擇同反相比例運算電路。 4、差動比例運算電路當R1=R2=R、R3=R4=Rf時f0i2i1RU =(U -U )R5、積分運

4、算電路積分電路可以完成對輸入電壓的積分運算，即其輸出電壓與輸入電壓的積分成正比。反向積分電路電容器C引入交流并聯(lián)電壓負反饋，運放工作在線性區(qū)。由于積分運算是對瞬時值而言的，所以各電流、電壓均采用瞬時值符號 管腳排列如圖所示： 圖 運放LM358/353引腳圖LM358/353集成運算放大器LM358/353實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容 1 1、設計一反相放大器，要求、設計一反相放大器，要求V V0 0=-100V=-100VI I，且，且輸入電阻等于輸入電阻等于1K1K。確定電阻。確定電阻R Rf f、R R1 1、R Rp p的的阻值，搭建電路并驗證。阻值，搭建電路并驗證。 2 2、設計一兩級放大器，要

5、求、設計一兩級放大器，要求V V0 0=10=1010V10VI I=100V=100VI I，且輸入電阻等于，且輸入電阻等于10K10K。確定電阻確定電阻R Rf f、R R1 1、R Rp p的阻值，搭建電路并驗的阻值，搭建電路并驗證。證。 3 3、分別測試兩種電路的頻率響應。、分別測試兩種電路的頻率響應。 4 4、采用采用LM358LM358和和LF353LF353兩種芯片兩種芯片。84231參數(shù)選擇：R1=RP=1KRf =100K信號源信號源1KHz，5mVRMS毫伏表測毫伏表測Uo示波器觀測波形示波器觀測波形內(nèi)容一：單級反相放大電路內(nèi)容一：單級反相放大電路芯片型號芯片型號Rf=10

6、0K測算值測算值UiUo單單 AufLM3585mVLM3535mV輸入、輸出信號用毫伏表測量輸入、輸出信號用毫伏表測量集成運放的使用 使用運放前認真辨認管腳認真辨認管腳，以便正確連線。 正負電源電壓的獲取正負電源電壓的獲取。 輸入信號過大輸入信號過大 電源電壓極性接反或過高電源電壓極性接反或過高 輸出端直接接輸出端直接接“地地”或接電源或接電源運放損壞運放損壞!正負電源（CH1/CH2串聯(lián)模式）串聯(lián)模式）-輸出額定值輸出額定值:030/03A:CH1COM 030/03A:CH2COMCOM+上限截止頻率上限截止頻率f fH H的測量：的測量： 輸入f=1KHz，Ui=5mV的正弦信號，且輸

7、出波形不失真時，用交流毫伏表測輸出電壓U0的值為Uom。此后保持輸入信號Ui=5mV不變，將信號頻率由1KHz向更高處調(diào)節(jié)，這時輸出電壓U0會隨Ui頻率的增高而逐漸下降。直到U0下降到0.7Uom。這時對應的信號頻率就是被測放大器的上限截止頻率fH。芯片型號芯片型號Rf=100Kf(Hz) fH (Hz) (單級單級)LM3581kHzLM3531kHz內(nèi)容二：兩級放大器內(nèi)容二：兩級放大器（-10）（-10）=100請按照實驗指導書的要求設計出電路，并進行驗證和測試。分析：分析：比較并分析353芯片和358芯片構成的單級放大器的通頻帶。比較并分析353（或358）芯片構成的單級放大器和兩級放大

8、器的通頻帶。單位增益帶寬 單位增益帶寬定義為：運放的閉環(huán)增益為1倍條件下，將一個恒幅正弦小信號輸入到運放的輸入端，從運放的輸出端測得閉環(huán)電壓增益下降3db（或是相當于運放輸入信號的0.707）所對應的信號頻率。單位增益帶寬是一個很重要的指標，對于正弦小信號放大時，單位增益帶寬等于輸入信號頻率與該頻率下的最大增益的乘積，換句話說，就是當知道要處理的信號頻率和信號需要的增益后，可以計算出單位增益帶寬，用以選擇合適的運放。這用于小信號處理中運放選型。運放轉(zhuǎn)換速率 運放轉(zhuǎn)換速率定義為，運放接成閉環(huán)條件下，將一個大信號（含階躍信號）輸入到運放的輸入端，從運放的輸出端測得運放的輸出上升速率。由于在轉(zhuǎn)換期間

9、，運放的輸入級處于開關狀態(tài)，所以運放的反饋回路不起作用，也就是轉(zhuǎn)換速率與閉環(huán)增益無關。轉(zhuǎn)換速率對于大信號處理是一個很重要的指標，其單位為V/us。 通用型運算放大器LM358的主要參數(shù)的主要參數(shù)：輸入偏置電流輸入偏置電流45 nA輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流50 nA增益帶寬積：增益帶寬積：1MHz轉(zhuǎn)換速率：轉(zhuǎn)換速率：13V/SLM358的封裝形式有塑封的封裝形式有塑封8引線雙列直引線雙列直插式和貼片式。插式和貼片式。LM353LM353的主要參數(shù)的主要參數(shù) 輸入失調(diào)電壓：輸入失調(diào)電壓：5mV； 偏置電流：偏置電流：50pA 增益帶寬積：增益帶寬積：4MHz 轉(zhuǎn)換速率：轉(zhuǎn)換速率：13V/S 電源：

10、電源： +/-5V +/-18V通用型運算放大器運算放大器選用時注意事項1 1當運算放大器用于直流放大時必須進行調(diào)零。當運算放大器用于直流放大時必須進行調(diào)零。有調(diào)零端的運算放大器應按標準推薦的調(diào)零電有調(diào)零端的運算放大器應按標準推薦的調(diào)零電路進行調(diào)零。路進行調(diào)零。2. 2. 為了消除運算放大器的高頻自激，應參照推為了消除運算放大器的高頻自激，應參照推薦參數(shù)在規(guī)定的消振引腳之間接入適當電容消薦參數(shù)在規(guī)定的消振引腳之間接入適當電容消振，同時應避免兩級以上的運算放大器級聯(lián)，振，同時應避免兩級以上的運算放大器級聯(lián)，以減小消振困難。為了消除內(nèi)阻引起的寄生振以減小消振困難。為了消除內(nèi)阻引起的寄生振蕩，可在運

11、放電源端對地就近接去藕電容，考蕩，可在運放電源端對地就近接去藕電容，考慮到去耦電解電容的電感效應，常常在其兩端慮到去耦電解電容的電感效應，常常在其兩端并聯(lián)一個容量為并聯(lián)一個容量為0.010.010.10.1的瓷片電容。的瓷片電容。運算放大器的參數(shù)表示運算放大器性能的參數(shù)為：單/雙電源工作電壓、電源電流、輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流、輸入電阻、轉(zhuǎn)換速率、差模輸入電阻、失調(diào)電流溫漂、輸入偏置電流、偏置電流溫漂、差模電壓增益、共模電壓增益、單位增益帶寬、電源電壓抑制、差模輸入電壓范圍、共模輸入電壓范圍、輸入噪聲電壓、輸入噪聲電流、失調(diào)電壓溫漂、建立時間、長時間漂移等。不同的運算放大器參數(shù)差別很大，使用

12、運算放大器前需要對參數(shù)進行仔細分析處理交流信號，增益帶寬積(GBP)和轉(zhuǎn)換速率(SR)是主要考慮的指標。 處理直流或低頻信號，主要考慮失調(diào)電壓和失調(diào)電流。圖圖2-12-1 A741A741調(diào)零電路調(diào)零電路圖圖2-2反相比例運算電路反相比例運算電路圖圖2-3 同相比例運算電路同相比例運算電路 圖圖2-4 反相加法運算電路反相加法運算電路 ui1uouC圖圖2-6 積分運算電路積分運算電路ui1 ui2362 2R11RFR2=Ri1/Ri2/RFR12uo圖圖2-5 2-5 差動運算電路差動運算電路+ui1+2R1R2C+-3 ui1362R1RFR2ui2R3uo126354RP+15V-15

13、V710k10k10kR2=R1/RFRF362 2R1=10Kuouo RFUi1 362 2R1=10KR210K電位器Uo= -UiUo=2UiUo= -(Ui1+ Ui2)Uo= (Ui2- Ui1)10k =10K =10K 利用二極管的單向?qū)щ娞匦苑乐褂捎陔娫礃O性接反而造利用二極管的單向?qū)щ娞匦苑乐褂捎陔娫礃O性接反而造成的損壞。當電源極性錯接成上負下正時，兩二極管均不成的損壞。當電源極性錯接成上負下正時，兩二極管均不導通，等于電源斷路，從而起到保護作用。導通，等于電源斷路，從而起到保護作用。 保護電路保護電路1. 電源極性的保護電源極性的保護2. 輸入保護輸入保護 利用二極管的限幅作用對輸入信號幅度加以限制，以免利用二極管的限幅作用對輸入信號幅度加以限制，以免輸入信號超過額定值損壞集成運放的內(nèi)部結構。無論是輸入輸入信號超過額定值損壞集成運放的內(nèi)部結構。無論是輸入信號的正向電壓或負向電壓超過二極管導通電壓，則信號的正向電壓