集成运放使用常识与应用示例

1、1运放选用原则在选用时： 1，有高的性能价格比，一般来说，专用型集成运放 性能较好，但价格较高。 2，在工程实践中不能一味地追求高性能， 而且专用集成运放仅在某一方面有优异性能，而其他性能参数不高， 所以在使用时，应根据电路的要求，查找集成运放手册中的有关参数， 合理的选用。2特殊运放（1）高输入阻抗型主要用于测量放大器、模拟调节器、有源滤波器及采样保持电路等。输入阻抗一般在10-E12Q以上。（2）低漂移型 主要用于精密测量、精密模拟计算、自控仪表、人体信息检测等 方面。它们的失调电压温漂一般在0.20.6R/C ,Aud> 12（dB ,KCMO 110dB。（3）高速型该类集成运放

2、具有高的单位增益带宽 （一般要求 fT>1（MHZ ）和 较高的转换速率（一般要求 SR>30V/us）。它们主要用于D/A转换和 A/D 转换、有源滤波器、 锁相环、高速采样和保持电路以及视频放大 器等要求输出对输入响应迅速的地方。（ 4）低功耗型低功耗型一般用于遥感、遥测、生物医学和空间技术研究等要求 能源消耗有限制的场所。（5）高压型般用于获取较高的输出电压的场合，如典型的3583型，电源电压达 ±50V, UOmax二±40V。(6)大功率型用于输出功率要求大的场合，如 LM12，输出电流达±0A。二、集成运放外接电阻的选用1.阻值范围一般集成

3、运放的最大输出电流Iom为(510) mA，从图421所示反相比例放大电路可知，流过反馈电阻 Rf的电流if应满足下列要求：1U =i而uo 一般为伏级，故Rf至少取kQ以上的数量级。Rf和R1取 值太小，会增加信号源的负载。如果取用MQ级，也不合适，其原因有二：1,电阻是有误差的，阻值越大，绝对误差越大，且电阻会随 温度和时间变化产生时效误差，使阻值不稳定，影响精度；2,运放的失调电流110会在外接高阻值电阻时引起较大的误差信号。所以，运 放的外接电阻值尽可能配用几千欧至几百千欧之间。2平衡电阻应使反相和同相输入端外接直流通路等效电阻平衡。如图422中应取 R2二R1/Rf。三、单电源交流放

4、大器在仅需用作放大交流信号的线性应用电路中，为简化电路，可采用单电源（正电源或负电源）供电，将双电源供电的集成运放改成单电源供电时必须满足：U+=U-=U0=1/2UCC如图所示电路为A741构成反相交流电压放大器电路。其中R2、R3称为偏置电阻，用来设置放大器的静态工作点。为获得最大动态范围，通常使同相输 入端静态工作点U+=1/2VCC,即卩所以取R2二R3。静态时，放大器输出电压应等于同相输入端电位。图中C1、C2为放大器耦合电容。如图465b所示电路为单电源供电自举式同相交流放大器。 该电 路接入R4的目的是为了提高放大器的输入电阻。接入 R4后，放大 器的输入电阻为耳二+ &

5、码）禺耳式中，ric为集成运放共模输入电阻。R4越大，放大器的输入电阻越大。n nCD-IG 斤 fflUI?"T卜凸 2 iiA74l 6|+4 - +1H一陆<)JmLI flLn图465单电源交流放大器a）反相交流放大器b）自举式同相交流放大器四、调零为了消除集成运放的失调电压和失调电流引起的输出误差，以达到零输入零输出的要求，必须进行调零。（1）对有外接调零端的集成运放，可通过外接调零元件进行调 零。叭741外接调零元件的调零电路如图466所示。将输入端接地， 调节RP使输出为零。Rf图466外接调零元件调零(2)当集成运放没有调零端时，可采用外加补偿电压的方法进行调零

6、。它的基本原理是：在集成运放输入端施加一个补偿电压，以抵消失调电压和失调电流的影响，从而使输出为零。五、集成运放电路的消振与保护电路1消振由于集成运放增益很高，易产生自激振荡(Self excited oscillation)，消除自激振荡是动态调试的重要内容。运放是高电压增益的多级直接耦合放大器。信号传输过程中产生附加相移。在没有输 入电压的情况下，而有一定频率、一定幅度的输出电压，产生自激振 荡，消除自激振荡的方法是外加电抗元件或RC移相网络进行相位补偿(Phase compensating)。高频自振荡波形如图 467所示。按说明接入相位补偿元件或相移网络即可消振(Oscillation

7、elioninating)。但有一些需要进行实际调试。其调试电路如图468所示。1 MQ图468补偿电容调试电路首先将输入端接地，用示波器可观察输出端的高频振荡波形。当在5脚(补偿端)接上补偿元件后，自振荡幅度将下降。将电容C由小到大调节，直到自激振荡消失，此时示波器上只显示一条光线。 测量此时的电容值，并换上等值固定电容器，调试任务完成。接入RC网络后，若仍达不到理想消振效果，可再在电源正、负2.电源端保护为了防止电源极性接反而造成运算放大器组件的损坏，可以利用二极管的单向导电性原理，在电源连接线中串接二极管，以阻止电流倒流，如图 469所示。当电源极性接反时，VD1、VD2不导通，相当于电

8、源开路。0.1 pFO图469运放电源端保护3输出保护为了防止集成运放的输出电压过高，可用两只稳压管反向串联后，并联在负载两端或并联在反馈电阻 Rf两端，如图4610所示。 当输出电压 小于稳压管稳定电压 UZ时，稳压管不导通，保护电路 不工作，当输出电压 大于Uz时，稳压管工作，将输出端的最大电 压幅度限制在±( UZ+0.7V )。图4610运放输出端的保护a）稳压管与输出端的并联b）稳压管与反馈电阻并联4.输入端保护图4611运放输入端的保护集成运放输入端保护端保护电路路图 4611所示。六、集成运放应用示例1.力传感器桥式放大器图4612所示的电路为一个桥式放大器。 图中的S

9、FG-15N1A为Honeywell公司生产的硅压阻式力传感器， 它 是利用微细加工工艺技术在一小块硅片上加工成硅膜片，并在膜片上用离子注入工艺作了四个电阻并连接成电桥。当力作用在硅膜片上 时，膜片产生变形，电桥中两个桥臂电阻的阻值增大；另外两个桥臂 电阻的阻值减小，电桥失去平衡，输出与作用力成正比的电压信号（U2-2）。力传感器由12V电源经三个二极管降压后（约10V）供电。 A1A3组成测量放大器，其差分输入端直接与力传感器 2脚、4脚连 接。A4的输出用于补偿整个电路的失调电压。当作用力为 01500g 时，输出01500 mV （灵敏度为1mV/g）.图4612力传感器桥式放大器2.峰

10、值检测电路在自动控制系统中，往往要求对几个信号的幅度进行比较，然后加以选择。选择其中最高的或最低的作为控制或报警的对象，分别叫做上限检测和下限检测。上限（峰值）检测电路如图 4613所示。本 电路只可选通正向峰值电压，不能选通负向峰值电压。设输入信号ui1>ui2>ui3>0 ,则A1外接VD1优先导通，箝位在uO二ui1,VDF1截止。 其他两路u02二ui2,u03二ui3, VD2、VD3反偏截止，隔离 uO、u02输出。若ui1与ui2、ui3的差值大于二极管的阈值电压，则VDF2、VDF3导通，防止当uO为正而ui2、ui3为负时在运放两输入端存在 过高电压而使运放

11、内部输入级管子击穿， 起到保护作用。若要实现下 限检测，将所有二极管极性反接即可。图4613峰值检测电路3.电荷放大器电压式加速度传感器、压电式测力传感器工作时产生正比于被测 物理量的电荷量，这类传感器阻抗非常高，呈容性，输出电压很微弱。 应用时需加接测量电路将电荷量转换成电压量，这种电路称之为电荷放大器。积分运算电路就可将电荷量转换成电压量，组成电荷放电器基本电路如图所示，传感器用一因存诸电荷而产生的电动势ut与一个与之串联的输出电容 Ct来等效，C为传感器对地的杂散电容。Ut、Ct与电容上的电量q之间关系为Ut = q/Ct(1)图中运放同相输入端接地，根据虚短”、虚断”的概念，U+=U-=O,相当于将C短路，消除因C而产生的误差，集成运放 A 的输出电压（交流信号反向放大器，放大倍数用阻抗形式表示）。1将上式代人式（1）