运放知识总结

运放集成电路基础一．单运放集成电路LM741LM741是通用型运算放大器电路，应用很广泛，可以构成各种功能电路，下面是管脚资料和调零电路。

.LM741引脚图LM741可通过外接电位器进行调零，如上图b所示。

二．四运放集成电路LM324LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，电路符号与管脚图如图4所示。

它内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。

11脚接负电源，4脚接正电源。

图4 LM324电路符号与管脚图第二章运放应用电路一．温度控制电路装配与调试运放的二个应用：⑴ 线性应用-测量放大器。

⑵ 非线性应用-滞回比较器 1. 测量放大器原理分析⑴ 当Ui+=0时, A1同相输入，A2反相输入)1(1'1gi R R U U +=- )(2'2g i R R U U --=⑵ 当Ui-=0时, A2同相输入，A1反相输入)(1"1g i R R U U +-= )1(2"2gi R R U U +=+ ⑶ 总的输出：)()1(111gi g i R RU R R U U +--+= )()1(522gi g i R R U R R U U ++--+= )1)(()(3564623510R RR R R U R R U U +++-= 若21R R =、43R R =、65R R =；则： ))((35120R R U U U -=； 代入U1、U2，化简得))(21)((3510R R R R U U U g I I +-=-+ ))(21()(3510R RR R U U U A g I I V +=-=-+ 选153=R R ，则：)21()(10gI I V R R U U U A +=-=-+2．滞回比较器我们把上门限电压U TH1与下门限电压U TH2之差称为回差电压,用回差电压的存在,大大提高了电路的抗干扰能力。

只要干扰信号的峰值小于半个回差电压,比较器就不会因为干扰而误动作 3. 测量电桥fR R R omU TH U TH U TH U +=-=∆22221（a ）为温度测量电桥（b ）为光照度测量电桥 4．设备与器材LM324 一片，稳压管 2DW7一只，三极管 9013、8050各1只，负温度系数热敏电阻1只，电阻、电容、电位器若干，±12 V 、+1 V 直流稳压电源1台，万用表 1块，数字式温度计 1只，双踪示波器 1台。

5. 温度控制电路原理温度控制电路如图1所示，由测量电桥、测量放大器、滞回比较器及驱动电路等组成。

测量电桥的A 点所在的桥臂的电阻是固定的，故A U 是固定的。

B 点所在的桥臂的电阻t R 随温度变化，故B U 是变动的。

由于温度的不同，因而在测量电桥的A 、B 点时会产生不同的电压差，这个差值经过测量放大器放大后进入到滞回比较器的反相输入端，与比较电压U R 比较后，由滞回比较器输出信号进行加热或停止加热。

滞回电压比较器的比较电压U R 代表设定的温度，改变比较电压U R 能改变控温的范围，控温的精度由滞回比较器的滞环宽度确定。

温度t ↑，t R ↓，使B U ↓，而B A U U -↑。

经测量放大器的放大，E U ↑，当温度由0t 上升到达2t ，即温度t 到达设定值2t ，滞回比较器输出信号F U 停止加温。

温度t ↓，t R ↑，使B U ↑↓，而B A U U -↓。

经测量放大器的放大，E U ↓，当温度下降达2t ，即温度t 下降低于设定值2t ，滞回比较器输出信号F U 进行加温。

6. 装配与调试（1） 按图1连接线路，2W 的电阻R 16靠近R t ，检查无误后，接通电源。

图1 温度控制电路（2） 标定温度范围，设控制温度范围为t 1～t 2，标定时将热敏电阻置于恒温槽中，使恒温槽温度为t 1，过几分钟后调整R p1, 使U C =U D ，标定此时R p1的位置为t 1 。

同理可标定温度为t 2的位置。

根据控温精度要求，可在t 1～t 2之间作若干点，在R p1上标注相应的温度刻度即可（3）令B 点接地，用电位器压得到-30 mV 电压，接入A 点，测量C 点电位，计算放大器的电压放大倍数。

（4） 调节A 点电位，使之从-0.5 V 到+0.5 V 范围内缓慢变化，用示波器观察E 点的电位变化，记录使E 点电位发生正负跳变的值，并绘制滞回特性曲线。

（5）连接电路构成闭环控温系统，测试温度分别为t 1′、t 2′、t 3′时升温和降温的时间。

7. 装配与调试报告（1） 绘制滞回比较器的滞回特性曲线。

（2） 计算测量放大器的放大倍数，并与实测值比较，计算误差，并找出引起误差的原因。

（3） 若使U D=2 V ，则控制温度的范围是升高还是降低？阐明其原因。

16ΩR R测试记录表8．提问⑴滞回比较器的滞环宽度减小应满足什么条件⑵负温度系数热敏电阻R能否与2R交换位置。

t二．运放组成的波形发生器电路装配与调试运放的二个应用：⑴线性应用-RC正弦波振荡器⑵非线性应用-滞回比较器1．RC正弦波振荡器原理分析RC桥式振荡电路如图所示。

RC串并联网络的输出电压作为放大器的输入电压, 当f=f0时, RC串并联网络的相位移为零,放大器是同相放大器, 电路的总相位移是零, 满足相位平衡条件, 而对于其他频率的信号, RC 串并联网络的相位移不为零, 不满足相位平衡条件。

由于RC 串并联网络在 f=f0 时的传输系数F ＝1/3, 因此要求放大器的总电压增益Au 应大于3, 这对于集成运放组成的同相放大器来说是很容易满足的。

由R1、 Rf 、 V1、 V2及R2构成负反馈支路, 它与集成运放形成了同相输入比例运算放大器只要适当选择Rf 与R1的比值, 就能实现Au>3的要求。

其中, Ｖ1、Ｖ2和R2是实现自动稳幅的限幅电路⑴ 振荡原理RC 桥式振荡电路如图所示。

根据自激振荡的条件，φ=φa+Φf=2πn ，其中RC 串并联网络作为反馈电路，当f=fo 时，φf=0°，所以放大器的相移应为φa=0°，即可用一个同相输入的运算放大器组成。

又因为当f=fo 时，F=1/3，所以放大电路的放大倍数A ≥3。

起振时A>3，起振后若只依靠晶体管的非线性来稳幅，波形顶部容易失真。

为了改善输出波形，通常引入负反馈电路。

其振荡频率由RC 串并联网络决定，fo=1/(2πRC)。

图6.6（b ）为RC 桥式振荡电路的桥式画法。

RC 串并联网络及负反馈电路中的Rf 、R ′1正好构成电桥四臂，这就是桥式振荡器名称的由来。

⑵ 稳幅原理2．滞回比较器11R R A f u +=RCf π210=3．装配与调试内容使用集成运算放大器组成的RC正弦波振荡器和滞回比较器, 连接成一个波形发生器, 要求: 能产生正弦波、方波两种波形。

其信号频率为2 kHz, 正弦波的峰值U om约为7 V, 方波幅值U opp约为-6～6 V2．设备与器材(1) 通用印制板或通用实验板, 集成运放(741、324)及相关元器件。

(2) 常用电子仪器及焊接或插接工具。

3．电路原理⑴电路确定参考电路如图1所示, 图中各元器件参数值应根据课题要求对有关参数作设计计算, 进而正确选择元器件以达到课题要求。

图3 正弦波-方波发生器原理图图中A1是具有稳幅环节的RC桥式正弦波振荡器, 课题中要求信号频率为2 kHz, 可作设计计算以确定各元件的取值。

电路的振荡频率公式为可先将RC 串、并联选频网络中的电容C 取值为0.01 μF, 再求得电阻R 的值, 此处可取8.2 k Ω(标准值)。

正弦波的输出幅度U om 要求约为7 V, 根据电路幅值估算公式式中,R 3′ 是指动态时R 3(取3 k Ω左右时)与两个二极管并联后的等效电阻,工程估算值约为1.1 k Ω。

当R 1也取3 k Ω时求得R 2的值约为8.73 k Ω, 考虑设置一个调节范围, 此处取10 kΩ的电位器。

当然更理想的是可用一个6.2 k Ω的固定电阻和一个5 k Ω的电位器串联来代替10 k Ω的电位器。

A 2是根据课题要求(电路的抗干扰能力强)而选用的滞回电压比较器。

用两个稳定电压为6 V 的稳压二极管作为电路输出的限幅电路。

在保证该电路上、下限阈值电压在A 1正弦波的输出幅值7 V 之内, 确定R 4、R 5的大小。

⑵ 电路调试计算出电路设计值后, 即可着手装接和调试。

不论是插接还是焊接均应保证元器件排列合理、接线正确、接触可靠。

检查电路连接无误后才能通电调试。

本电路可先进行分级调, 在二者均能正常工作后再连调。

大致步骤如下:① 调试正弦波振荡器电路, 为满足起振条件, 注意应使负反馈放大器的电压放大倍数为大于3。

用示波器检测该电路的输出波形,调节R 2的值, 直至示波器显示正常而稳定的正弦波。

注意: R 2太小电路无法起振, 而太大则会失真。

② 用示波器测量该电路的振荡频率与输出幅值的大小。

适当修改R 、C 的数值,以满足频率为2 kHz 的要求。

微调R 2电位器的大小,在保证输出正常波形的条件下获得所需的7 V 的输出幅值。

RCf π21=132v 1R R R A ++=③调试滞回比较器电路。

用信号发生器产生一个2 kHz正弦波作为该电路的输入信号,用示波器测量输出波形。

适当调节R4、R5的比例直到输出一个方波为止。

需注意的是正弦波的幅值应在7 V左右, 由R4、R5分压获得的上、下限阈值电压一定要小于该幅值。

(4) 联调。

在各级单元电路调试完毕后, 则可将两者相连, 做总调直到工作正常为止, 进而测量各有关参数。

4．考核要求(1) 进行设计计算, 确定电路方案及元件参数值, 画出电路原理图。

(2) 按图接线, 并进行调试, 直到满足设计要求。

用恰当的仪器进行测量, 记录数据与结果, 并作分析与小结。

(3) 电路设计中,要求正弦波振荡器具有稳幅措施, 方波发生电路要求具有较强的抗干扰能力。

5．评分标准表1 评分标准6．思考问题(1) 正弦波振荡器的稳幅环节是如何确定的, 简述稳幅原理。

(2) 如何估算正弦波信号的输出幅度。

(3) 方波产生电路要求有较强的抗干扰能力,为此, 设计应做何考虑？其抗干扰能力约为多少？(4) 是否有专用集成电路可产生以上两种波形, 简单加以说明。

7． 问题解答题1简答:正弦波振荡器的稳幅环节由R 3、 VD1和VD2组成。

其稳幅原理如下: 起振时, 该振荡波形的幅值U om 很小,不足以使VD1、 VD2导通,即两个二极管均截止, 故三者的等效电阻为R 3, 则由设定参数求得的电压放大倍数A v=1+(R 2+R 3)/R 1>3, 符合起振条件, 电路内部形成一个增幅振荡, 输出幅值U om 便随之逐渐增大, 直到使VD1、VD2两个二极管导通, 则三者的等效电路为A v=1+(R 2+R 3)/R 1稳定振荡状态。