集成运算放大器的基础知识-图解

。
取R3=10KΩ
IF1
1mA
2)超压警报单元
A1为单值比较器，基准电平为=2.5V,当电池的电压低于13V时，应有＜
2.5V，比较器A1输出高电平，LED1截止，不亮；当电池的电压高于
13V时，此时>2.5V，比较器A1输出低电平，LED1亮。所以R11、R12
应由下列分压公式估算：
R11 13V UT1 2.5V R11 R12
1、接线正确 2、元件成型规则、排列整齐 3、焊点无毛糙，无漏焊、虚焊 4、调试成功，LED1、LED2能正常报警 5、会使用万用表、示波器进行测量 6、按规定进行操作，安全文明生产
以上有不当之处，请大家给与批评指正， 谢谢大家！
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6.2.1集成运算放大器的线性应用
1.比例运算
2) 同相输入
如图6-8所示。输入信号经电阻送到同相输入端。 由“虚短”、“虚断”性质可知：
i1
ui R1
if
uo ui Rf
i f ii
ui uo ui
Ri
Rf
∴输出电压与输入电压uo同 (1相 R，R1f )u且i 成比例（，6故-5称）为同相比例运算。
取R11=10.0KΩ（ E96 系列）,则R12=42KΩ, 取R12=42.2 KΩ；
LED1选为BT111-X（红）发光二极管，其最大电流为= IFM 20mA,正向
电压为 UFM
=1.9V，取工作电流为 IF1
=12mA,则
R14=
VCC UF1 (131.9)V 9.5K Ω,取R14=10KΩ。VZ为2.5V的稳压管。
数为无穷大。
图6-5 理想集成放大器的 图形符号
6.1.2理想集成运放
2理想集成运放工作特性
U O(sat ) uo
O
uI
非线性区
U O(sat ) 非线性区
线性区
实际集成运放
uo U O(sat )
O
uI
U O(sat )
理想集成运放
图6-6 集成运放的电压传输特性
6.1.2理想集成运放
u0 Aod (u u ) （6-1）
u
- Aod
u
+
uo
+
图6-4 运算放大器的图形符号
6.1.2理想集成运放
1 理想集成运放的主要参数
开环差模电压放大倍数 Aod →∞
差模输入电阻
Rid →∞
输出电阻
Rod = 0
共模抑制比
KCMR →∞
理想集成放大器的图形符号为图6-5所示，
其中∞代表理想放大器的放大器的放大倍
6.1集成运算放大器的基本知识
基本组成 知
识
集成运算
分 布
放大器
理想集成运放的参数
网
络
理想运放
理想集成运放工作特性
6.1.1集成运放的基本组成
集成运放由输入级、中间级、输出级和偏置电路组成。
如图6-2所示。 输入级：一般采用差分放大电路以抑制零点漂移。 中间级：一般采用共发射极放大电路，提供足够高的电压放大倍数。 输出级：一般采用互补射极输出器组成的对称电路，以改善带负载能力。 偏置电路：为各级电路提供静态工作点a) 园壳式b) 双列直插式c) 扁平式图6-3 集成电路的外形121341213412134 集成运放从外型上看有双列直插式、园壳式、扁平式。图6-3 是部分集成电路 的外形图(管脚的排列为从标志起逆时针数1，2，3，4……。)
2.其他几种运算
6.2.2集成运算放大器的非线性应用
集成运放在开环状态时，一般工作在非线性区。可做电压比较器使用。
图6-14(a) 为电压比较器电路及电压传输特性,
当 ui
U
wenku.baidu.com时，
R
u
0
U om
当 ui
U
时，
R
u
0
U om
通过输出电压的正负可显示两输入端电位的关系，实现电压比较,如图6-14（b）。
当
时,称为过零比较器。其传输特性如图6-14（c）。
UR 0
(a)
(b)
(c)
图6-14 运算放大器的非线性应用
例:
例6-3 两级运放电路如图6-15所示，第一级运放的输入信 号V，第二级运放的同相输入端加入参考电压=1 V。集成 运放的饱和输出电压V，双向稳压管的=6 V。试对应画出 输出电压的波形。
按电路图 6-20合理设计元件位置进行 安装。
3、电路调试
安装完毕后检查无误，可通电测试。 1 将12V的电池换成直流可调电源，通电后将电
压调到13V，LED1亮，测LM119D的③电压应为 2.5V,④电压应大于2.5V V，；否则调大R12的电 阻值。调节电源电压,用示波器跟踪①的波形. 2 将12V的电池换成直流可调电源，通电后将电 压调到10V，LED2亮，测LM119D的⑨电压应为 2.5V,⑧电压应小于2.5V V；否则调小R21的电阻 值。调节电源电压,用示波器跟踪⑥的波形.
压为UFM
=2.3V，取工作电流为IF 2
=12mA,则
R24=
VCC UF 2 (13 2.3)V 0.624K
Ω
IF 2
12mA
取R24=680Ω。 R21、R22由下式估算： R21 10V UT1 2.5V
R21 R22
取R21=10.0KΩ,则R22=30.0 KΩ。
2. 电路安装
6.2集成运算放大器的应用
比例运算
知 识 分 布 网 络 集成运放
的应用
线性应用
加法运算 减法运算 除法运算 微分运算 积分运算
反相输入 同相输入
非线性应用 电压比较器
6.2.1集成运算放大器的线性应用
1.比例运算
1）反相输入 反相输入放大电路如图6-7所示。 输入信号 经电阻R1送到反相输入端，同相输入端经RP接地。为反 馈电阻，构成电压并联负反馈组态。图中电阻RP 称为直流平衡电阻， 以消除静态时集成运放内输入级基极电流对输出电压产生影响，进 行直流平衡。
图 6-15 例6-3用图
1.认识电路 2.电路安装 3.电路调试
1.认识电路
1 集成电压比较电路—— LM119(319)及KA319简介. LM119(319)的管脚图如图6-18 ， LM119为军用，LM319为民用。 KA319的管脚图如图6-19 2 电路的组成： A1及外围元件构成过压检测器，A2 及外围元件构成欠压检测器，VZ提 供参考电压即阀门电压，R3为VZ的 限流电阻。VZ为2.5V的稳压管。
1 21 3 4
a) 园壳式
1 21 3 4
b) 双列直插式 图6-3 集成电路的外形
1 21 3 4
c) 扁平式
6.1.1集成运放的基本组成
集成运算放大器的图形符号为图6-4示。 图中“＋”表示同相输入端，输出信号与同相输入端输入信号相位相同；“－” 表示反相输入端，输出信号与反相输入端输入信号相位相反。表示信号输出端。 箭头的指向为放大器的传输方向；表示放大器的放大倍数。
当 Rf 0
或 R1 ,
u0 ui （6-6）
称为电压跟随器，电路如图6-9所示。
R2 + uI -
-
+
+
+
uo
-
图6-9 电压跟随器
6.2.1集成运算放大器的线性应用
2.其他几种运算
集成运放其它几种运算应用如表6-2所示，用“虚短”“虚断”概念， 同样可分析出结论.
6.2.1集成运算放大器的线性应用
IF1
12mA
3 元器件的选定及工作原理：
3)欠压警报单元：
A2为欠压检查电路，基准电平也为 UT1 =2.5V,当电池电压低于10V时，
U R21 ＜2.5V时比较器A2输出低电平，LED2发光。当 比较器A2输出高电平，LED2截止。
U R21
＞2.5V时
LED2选为BT111-X（绿）发光二极管，其最大电流为 IFM =20mA,正向电
2理想集成运放工作特性
图6-6为实际集成运放和理想集成运放的电压传输特性。传输特性分为线性区和 非线性区。 1）线性区 当集成运放输入信号很微小时，集成运放输出信号随输入信号变化线性变化， 其比值为集成运放的电压放大倍数。集成运放工作在线性状态。一般电路引入 强度负反馈时才可保证集成运放工作在线性区。 集成运放工作在线性区时有两个重要特征： (1)虚短：输入信号很微小，近似为0，两输入端电位近似相同， ,近似为短路， 称为“虚短” (2) 虚断： 集成运放工作在线性区时，由于输入阻抗很高近似为∞，输入电流, 两输入端相当于断开，称为“虚断”。 “虚短”与虚断”是分析运算放大器的线性应用的重要依据。 2）非线性区 集成运放开环状态时工作在非线性区，输出电压为最大饱和值：+U 0m或 - U 0m， 不随输入电压变化。
3 元器件的选定及工作原理： 其电路如图6-20所示。当蓄电池的电压大于13V或小于 10V时，发光二极管LED1或LED2分别发光警告。
图6-20 蓄电池欠压、过压报警器
3 元器件的选定及工作原理：
1)基准单元：
由R3及VZ组成。稳压管选用稳压值为2.5V的稳压管，取工作电流为
=1mA。则R3V=CC Uz (12 2.5)V 0.95K