電子技術(shù)項(xiàng)目教程集成運(yùn)算放大器的認(rèn)識

電子技術(shù)項(xiàng)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(biāo)：了解集成運(yùn)放的電路結(jié)構(gòu)，熟知集成運(yùn)放降低零點(diǎn)漂移的基本方法。掌握集成運(yùn)放組成的三種輸入形式的放大器及信號運(yùn)算電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和主要性能。掌握區(qū)分運(yùn)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(guān)系要求，設(shè)計(jì)集成運(yùn)放應(yīng)用電路，并確定電阻的阻值。項(xiàng)目3信號產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)與制作2023/5/222知識目標(biāo)：掌握典型三角波、方波產(chǎn)生應(yīng)用電路。了解振蕩器的功能、電路結(jié)構(gòu)、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(chǎn)生器8038的功能及其應(yīng)用。項(xiàng)目3信號產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)與制作2023/5/223技能目標(biāo)：掌握利用運(yùn)放工作在不同區(qū)域的特點(diǎn)分析運(yùn)放應(yīng)用電路的方法。能正確識讀集成運(yùn)放的引腳。會用電阻測量法或電壓測量法判斷集成運(yùn)放質(zhì)量好壞。初步具有排除集成運(yùn)放常見應(yīng)用電路故障的能力。練習(xí)識讀特色信號產(chǎn)生電路實(shí)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(diào)整方法。會用集成函數(shù)產(chǎn)生器8038設(shè)計(jì)實(shí)用信號產(chǎn)生電路，并掌握調(diào)試方法。項(xiàng)目3信號產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)與制作2023/5/224工作任務(wù)：比例運(yùn)算電路制作與測試。三角波、方波發(fā)生器設(shè)計(jì)與制作。函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計(jì)與制作。項(xiàng)目3信號產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)與制作2023/5/2253.1集成運(yùn)算放大器的認(rèn)識3.1.1集成運(yùn)算放大器的基本組成3.1.2集成運(yùn)算放大器的種類3.1.3集成運(yùn)算放大器的主要性能指標(biāo)3.1.4集成運(yùn)算放大器使用中的幾個(gè)具體問題實(shí)訓(xùn)任務(wù)3.1集成運(yùn)算放大器的認(rèn)識2023/5/226集成電路是一種集成化的半導(dǎo)體器件，即以半導(dǎo)體單晶硅為芯片，采用專門的制造工藝，把晶體管、場效應(yīng)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(gè)外殼內(nèi)，成為一個(gè)不可分的固定組件，使之具有特定功能。實(shí)訓(xùn)任務(wù)3.1集成運(yùn)算放大器的認(rèn)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(yùn)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(yùn)放主要用來完成模擬信號的求和、微分和積分等運(yùn)算，故稱為運(yùn)算放大器?，F(xiàn)在，運(yùn)放的應(yīng)用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過運(yùn)算的范圍，它在通信、控制和測量等設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。實(shí)訓(xùn)任務(wù)3.1集成運(yùn)算放大器的認(rèn)識2023/5/228

集成運(yùn)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(dǎo)體器件。集成電路特點(diǎn)：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(diào)整工作量少，成本低。集成運(yùn)算放大器內(nèi)部結(jié)構(gòu)通常包含四個(gè)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(yùn)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(gè)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(bǔ)對稱功率放大電路，以降低輸出電阻，提高帶負(fù)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(yùn)算放大器的基本組成2023/5/22101.通用型運(yùn)算放大器

通用型運(yùn)算放大器是以通用為目的而設(shè)計(jì)的。這類器件的主要特點(diǎn)是價(jià)格低廉、產(chǎn)品量大面廣，其性能指標(biāo)能適合于一般性使用。常見的型號有μA741、LM386、LM324等。2.高阻型運(yùn)算放大器

高阻型運(yùn)算放大器的特點(diǎn)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(yīng)管作為運(yùn)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(diǎn)，但該類運(yùn)算放大器輸入失調(diào)電壓較大。常見的集成器件有LF356、LF355、LF347（四運(yùn)放）及更高輸入阻抗的CA3130、CA3140等。3.1.2集成運(yùn)算放大器的種類2023/5/22113.低溫漂型運(yùn)算放大器

低溫漂型運(yùn)算放大器具有失調(diào)電壓小且溫度的變化影響小特點(diǎn)，主要應(yīng)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(yùn)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(yùn)算放大器

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

電子電路集成化的最大優(yōu)點(diǎn)是能使復(fù)雜電路小型輕便，所以隨著便攜式儀器應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，必須用低電源電壓供電的低功率消耗運(yùn)放，這類運(yùn)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(yùn)算放大器

運(yùn)算放大器的輸出電壓主要受供電電源的限制。在普通的運(yùn)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(yùn)放外部必須要加輔助電路。高壓大電流集成運(yùn)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(yùn)放的電源電壓可達(dá)±150V，μA791集成運(yùn)放的輸出電流可達(dá)1A。3.1.2集成運(yùn)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(guān)系。2.差模輸入電阻rid

運(yùn)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(yùn)放總是工作在深度負(fù)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(yùn)算放大器的主要性能指標(biāo)2023/5/22144.最大共模輸入電壓Uicmax

指運(yùn)放兩個(gè)輸入端能承受的最大共模信號電壓。超出這個(gè)電壓時(shí)，運(yùn)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(diào)電壓UIO

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

反映了集成運(yùn)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(yùn)算放大器的主要性能指標(biāo)2023/5/22151.集成禍運(yùn)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(yùn)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(dāng)一末個(gè)系歐統(tǒng)中叢使用脾多個(gè)箏運(yùn)放亮?xí)r，雞盡可軌能選掀用多本運(yùn)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(gè)皂運(yùn)放條封裝君在一籮起的正集成色電路絮。實(shí)際控選擇顫集成下運(yùn)放趕時(shí)，殲除性婚能參澡數(shù)要斥考慮講之外嶼，還杏應(yīng)考乏慮其垂他因盒素。虹例如尾信號斷源的域性質(zhì)偷，是檢電壓厚源還咐是電兼流源夠；負(fù)激載的困性質(zhì)尋，集緒成運(yùn)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(yùn)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(yùn)算特放大查器使賺用中內(nèi)的幾喝個(gè)具但體問曲題20俘23搞/5汗/1怒8162.集成奸運(yùn)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(fù)電必源-1似5V，6腳為鄰輸出呢端，1腳和5腳之北間應(yīng)染接調(diào)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(yùn)算馳放大側(cè)器使趕用中副的幾淹個(gè)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(shí)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(yùn)放悄使用倒注意編事項(xiàng)1）集槐成運(yùn)春放的恭電源員供給棋方式集成棋運(yùn)放喪有兩瞧個(gè)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(yùn)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(cuò)地）棵的正膀電源猜（+E）與傘負(fù)電纏源（-E）分凈別接河于運(yùn)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(yùn)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(dá)統(tǒng)正負(fù)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(yùn)霸放的-VEE管腳垃連接昌到地熊上。競此時(shí)指為了司保證吹運(yùn)放水內(nèi)部熱單元偏電路荒具有窮合適績的靜躁態(tài)工仔作點(diǎn)子，在尊運(yùn)放乞輸入絨端一仇定要雷加入役一直憤流電孔位。裳此時(shí)饑運(yùn)放脅的輸蠟出是蒜在某賺一直滋流電贊位基伸礎(chǔ)上絕隨輸臟入信旅號變謝化。巧靜態(tài)惰時(shí)，感運(yùn)算其放大產(chǎn)器的謙輸出農(nóng)電壓含近似柿為VCC/2，為甩了隔每離掉驗(yàn)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(yùn)算悲放大須器使缺用中檢的幾餡個(gè)具榴體問善題20齒23般/5黎/1返8183.集成喬運(yùn)放汗使用務(wù)注意壟事項(xiàng)2）集省成運(yùn)表放的棕調(diào)零呢問題由于揚(yáng)集成旁運(yùn)放箏的輸蒙入失速調(diào)電鼓壓和武輸入封失調(diào)店電流望的影叛響，留當(dāng)運(yùn)跑算放驚大器藍(lán)組成暫的線佩性電移路輸森入信結(jié)號為漁零時(shí)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(yùn)旨算精紀(jì)度，輛要求刷對失腥調(diào)電垂壓和鎮(zhèn)失調(diào)歌電流鑼造成威的誤哄差進(jìn)嗽行補(bǔ)雁償，較這就本是運(yùn)嶄算放突大器闊的調(diào)啊零。儉常用劫的調(diào)妖零方孫法有徒內(nèi)部禍調(diào)零虜和外性部調(diào)逮零，壞對于課沒有匆內(nèi)部首調(diào)零濫端子敵的集頑成運(yùn)拍放，鮮只有欣采用幕外部種調(diào)零尊方法棟。3.其1.項(xiàng)4集成摔運(yùn)算夜放大在器使耗用中爺?shù)膸着褌€(gè)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(yùn)放完使用咬注意以事項(xiàng)3）集搏成運(yùn)趕放的售自激紋振蕩貪問題運(yùn)算客放大拖器是桑一個(gè)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(fù)截反饋或條件左下，授很容酒易產(chǎn)晃生自窄激振炭蕩。上自激羊振蕩鉤使放口大器術(shù)的工禽作不賺穩(wěn)定罪。為了甲消除雕自激弱振蕩絡(luò)，有允些集裙成運(yùn)丹放內(nèi)他部已射設(shè)置插了消元除自尺激的然補(bǔ)償捏網(wǎng)絡(luò)卻，有肯些則州引出鞠消振禁端子廢，采筋用外件接一內(nèi)定的周頻率魚補(bǔ)償甘網(wǎng)絡(luò)送進(jìn)行先消振香，如濟(jì)接RC補(bǔ)償遺網(wǎng)絡(luò)四。另像外，醋防止販通過誤電源鞋內(nèi)阻達(dá)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(yùn)放局的正破、負(fù)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(yùn)算乏放大倚器使薪用中擊的幾歉個(gè)具各體問桑題20凡23蟲/5眉/1爽8203.集成骨運(yùn)放筐使用年注意斗事項(xiàng)4）集挺成運(yùn)斑放的胳保護(hù)旨問題集成禽運(yùn)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(jié)擊佳穿；時(shí)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(chǔ)接電慨源，肯此時(shí)奪，運(yùn)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(yùn)裕放安短全工黨作，陣也需駁要從兔這三慣個(gè)方極面進(jìn)為行保彼護(hù)。（1）輸入煤端保代護(hù)防止英差模惕電壓霸過大宇的保考護(hù)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(dǎo)通稿電壓譯以內(nèi)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(hù)電頁路，負(fù)它限樓制集絹成運(yùn)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(yùn)算近放大桂器使捐用中奔的幾書