集成运算放大器应用

1、运放在实 际 电 路 中 的 应 用 运放的应用一、运算放大器的工作原理运算放大器具有两个输入端和一个输出端，如图31所示，其中标有“+”号的输入端为“同相输入端”而不能叫做正端)，另一只标有“一”号的输入端为“反相输入端”同样也不能叫做负端，如果先后分别从这两个输入端输入同样的信号，则在输出端会得到电压相同但极性相反的输出信号：输出端输出的信号与同相输人端的信号同相，而与反相输入端的信号反相。图11 运算放大器的电路符号 运算放大器所接的电源可以是单电源的，也可以是双电源的，如图3-1所示。运算放大器有一些非常有意思的特性，灵活应用这些特性可以获得很多独特的用途，总的来说，这些特性可以综合为

2、两条：1、运算放大器的放大倍数为无穷大。 2、运算放大器的输入电阻为无穷大，输出电阻为零。 图12 运算放大器可接的两种电源 现在我们来简单地看看由于上面的两个特性可以得到一些什么样的结论。 首先，运算放大器的放大倍数为无穷大，所以只要它的输入端的输入电压不为零，输出端就会有与正的或负的电源一样高的输出电压本来应该是无穷高的输出电压，但受到电源电压的限制。准确地说，如果同相输入端输入的电压比反相输入端输入的电压高，哪怕只高极小的一点，运算放大器的输出端就会输出一个与正电源电压相同的电压；反之，如果反相输入端输入的电压比同相输人端输入的电压高，运算放大器的输出端就会输出一个与负电源电压相同的电压

3、(如果运算放大器用的是单电源，则输出电压为零)。其次，由于放大倍数为无穷大，所以不能将运算放大器直接用来做放大器用，必须要将输出的信号反馈到反相输入端(称为负反馈)来降低它的放大倍数。如图1-3中左图所示，的作用就是将输出的信号返回到运算放大器的反相输入端，由于反相输入端与输出的电压是相反的，所以会减小电路的放大倍数，是一个负反馈电路，电阻也叫做负反馈电阻。 图13 运算放大器的反馈电阻接法（左：反相接法；右：同相接法） 还有，由于运算放大器的输入电阻为无穷大，所以运算放大器的输入端是没有电流输入的它只接受电压。同样，如果我们想象在运算放大器的同相输入端与反相输入端之间是一只无穷大的电阻，那么

4、加在这个电阻两端的电压是不能形成电流的，没有电流，根据欧姆定律，电阻两端就不会有电压，所以我们又可以认为在运算放大器的两个输人端电压是相同的(电压在这种情况就有点像用导线将两个输入端短路，所以我们又将这种现象叫做“虚短”)。二、运算放大器在万用表中的应用(一)实现调零电路1、运算放大器调零电路原理由于集成运放的输入失调电压和输入失调电流的影响，当运算放大器组成的线性电路输入信号为零时，输出往往不等于零。为了提高电路的运算精度,要求对失调电压和失调电流造成的误差进行补偿，这就是运算放大器的调零。“调零”技术是使用运放时必须掌握的。特别是在作直流放大器用时，由于输入失调电压和失调电流的影响，当运放

5、的输入为零时，输出不为零，将影响运算放大器的精度，严重时使运算放大器不能正常工作。调零的原理是，在运放的输入端外加一个补偿电压，以抵消运放本身的失调电压，达到调零的目的。有些运放已经引出调零端，只需要按照器件的规定，接入调零电路进行调零即可，例如本实验所用到的HA17741。下面以HA17741为例，图1给出了常用外部调零电路。它的调零电路由-12V电源、50k的电阻和调零电位器Rp组成。调零时应将电路接成闭环，将两个输入端接“地”，调节调零电位器，使输出电压为零。本实验采用的集成运算放大器为HA17741。图2-1运放的局部 调零电路（1）2、万用表工作原理及参考电路在测量中，电压表或者电流

6、表的接入应不影响被测电路的原工作状态，这就要求电压表应具有无穷大的输入电阻，电流表的内阻应为零。但实际上，万用表表头的可动线圈总有一定的电阻，例如100A的表头，其内阻约为1K，用它进行测量时将影响到被测量，从而引起误差。此外，交流表中的整流二极管的压降和非线性特性也会产生误差。如果在万用表中使用运算放大器，就能大大降低这些误差，提高测量精度。在欧姆表中采用运算放大器，不仅能得到线性刻度，还能实现自动调零。（二）实现电压表的设计2.1直流电压表图2-2为同相端输入，高精度直流电压表电原理图。图2-2运放的局部电路直流电压表（2）表头电流I与被测电压Ui的关系为: 应当指出：图1适用于测量电路与

7、运算放大器共地的有关电路。此外，当被测电压较高时，在运放的输入端应设置衰减器。（三）实现直流电流表的设计3.1直流电流表图2-3是浮地直流电流表的电原理图。在电流测量中，浮地电流的测量是普遍存在的，例如：若被测电流无接地点，就属于这种情况。为此，应把运算放大器的电源也对地浮动，按此种方式构成的电流表就可象常规电流表那样，串联在任何电流通路中测量电流。表头电流I与被测电流I1间关系为: I1R1（I1I）R2 可见，改变电阻比（R1R2），可调节流过电流表的电流，以提高灵敏度。如果被测电流较大时，应给电流表表头并联分流电阻。图2-3运放的局部电路（3）直流电流表（四）运放实现设计交流电压表4.3

8、 交流电压表由运算放大器、 二极管整流桥和直流毫安表组成的交流电压表如图4所示。被测交流电压Ui加到运算放大器的同相端，故有很高的输入阻抗，又因为负反馈能减小反馈回路中的非线性影响，故把二极管桥路和表头置于运算放大器的反馈回路中，以减小二极管本身非线性的影响。图2-4运放的局部电路(4)交流电压表表头电流I与被测电压Ui的关系为电流I全部流过桥路，其值仅与UiR1有关， 与桥路和表头参数（如二极管的死区等非线性参数）无关。表头中电流与被测电压ui的全波整流平均值成正比，若ui为正弦波，则表头可按有效值来刻度。被测电压的上限频率决定于运算放大器的频带和上升速率。（五）运放实现设计交流电流表5.1

9、 交流电流表图2-5运放的局部电路(5)交流电流表图2-5为浮地交流电流表，表头读数由被测交流电流i的全波整流平均值I1AV决定，即如果被测电流I1为正弦电流，即II1sint，则上式可写为则表头可按有效值来刻度。(六)运放实现欧姆表的设计6.1欧姆表图2-6为多量程的欧姆表。图2-6运放的局部电路（6）欧姆表在此电路中，运算放大器改用单电源供电，被测电阻RX跨接在运算放大器的反馈回路中，同相端加基准电压UREF。 UPUNUREFI1IX 即 流经表头的电流由上两式消去(UOUREF) 可得 可见，电流I与被测电阻成正比，而且表头具有线性刻度，改变R1值，可改变欧姆表的量程。这种欧姆表能自动

10、调零，当RX0时，电路变成电压跟随器，UOUREF，故表头电流为零，从而实现了自动调零。二极管D起保护电表的作用，如果没有D，当RX超量程时，特别是当RX，运算放大器的输出电压将接近电源电压，使表头过载。有了D 就可使输出钳位，防止表头过载。调整R2，可实现满量程调节。万用表总电路图 如图，为设计的总电路图。电路说明：黑框以外部位是万用表的内部结构，黑框以内是四种可能的待测元件。四种功能的切换是以开关S1、S3、S4、S6的控制完成的，其中在图示初始状态下，开关S1赋予控制键A，其余三个的控制键是B，这就能有四种组合方式，从而达到四种电表的测量功能。三、运放在数控直流电流源中的应用一. 系统设

11、计1.1 方案比较与论证 根据题目的要求，系统可划分为控制模块、DA转换模块、电流源模块、电源模块、显示模块、键盘模块、测量模块，另外增加了语音模块。系统框图如下：电源模块控制器模块键盘模块语音模块显示模块电压转换模块电流源模块测量模块图1 系统框图1.2 方案选定 经过仔细的分析和论证，决定了系统各模块的方案如下：（1） 控制模块：采用凌阳SPCE061A16位单片机；（2） 电流源模块：采用集成运放反馈型电流源方案1；（3） DA模块：采用16位DA芯片控制电压转换；（4） 测量模块：采用12位AD芯片采样电压转换成电流；（5） 电源模块：采用大功率和小功率双电源分开供电；（6） 语音模块

12、：采用61单片机进行存储和放音（7） 显示模块：采用带字库的液晶显示，串行传输方式；（8） 键盘模块：采用串行键盘控制芯片7289。2 单元电路设计2.1 电流源电路的设计 我们论证了两种集成运放构成的深度负反馈恒流源电路，电路原理分别如图2和图3所示。图2 运放的实现的局部电路图电流源电路设计1图3运放的实现的局部电路图 电流源电路设计2图2中采用了电阻浮置而负载接地，因为浮置而需要两个反馈电阻和，常规的反馈用于电流采样，而接至的另一端用于提供基准电压。若不用 ，则与负载均成为采样电阻，就会和有关，不能成为恒流源。恒流源输出电流与线路参数如下：此电路为同向输入电路，由其性质可列出方程（前提条

13、件=0.3W (y3%).3， 负载阻抗：Rl=8.4， 截止频率 fL=40Hz , fH=10kHz.一 方案论证及步骤1、方框图如下图1 助听器放大器原理框图前置放大器低通滤波器话筒功率放大器扬声器设计助听器放大电路，要求有音频的前置放大、低通滤波、音频功率放大几部分组成。放大器原理是将声信号转变为电信号，并将电信号放大且不失真，助听器放大电路的基本组成框图如图1所示。 2、功能解释前置放大器主要实现信号的放大，在此，有效信号与噪音同时放大；低通滤波器主要实现滤掉噪音，是一个二阶前级RC带通滤波器；功率放大器实现功率放大，带动扬声器工作。（二）电路工作原理说明首先接入麦克风（5毫伏信号源

14、代替）介入运算放大器中，使输入信号放大1000倍（正常信号高于噪音分贝），再接入二阶前级RC带通滤波器（通频带Fl=40HzFh=10KHZ）过滤掉噪音（Fl=40HzFh=10KHZ之外的信号）,最后接入功率放大器，使其功率放大获得大的功率（AL4102）。（三）电路设计图2 助听器仿真电路 运放的作用（一） 设计麦克风电路3、元件选择:1.麦克风电路图的选择麦克风电路主要是怎样用传感器将声信号变为电信号，其低频下限频率取决于传感器的内部电阻和电容，通常取决于电压前置器的输入阻抗，其下限频率为0.1Hz，电路如图：图3 运放设计麦克风的 局部电路图（1） （二）运放设计前置放大电路2.前置放大电路路图的选择前置放大电路主要对麦克风的信号进一步放大，设计中采用同相比例放大电路，如图：图4 运放设计前置放大局部电路图（2）3.频率选择电路的选择二阶前级RC带通滤波器采用两极滤波分频的方式，分别完成频中音通道上限频率信号