6章 集成电路运算放大器的线性运用
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集成运算放大器在线性区的应用摘要:运算放大器用途非常广泛,接入适当的反馈网络,可实现不同用途的电路,本论文主要研究Multisim仿真环境下的集成运算放大器传输特性、集成运算放大器构成的比例运算电路、加减法运算电路。
关键字:运算放大器 Multisim 运算电路在实际电路中,集成运算放大器通常结合反馈网络共同组成某种功能的电路模块,由于早期应用于模拟计算机中,用以实现数学运算,故名“运算放大器”。
运算放大器是具有很高放大倍数的电路单元,常简称运放,随着半导体技术的发展,如今绝大多数的运放是以单片的形式存在。
集成运算放大器可分为如下几种类型:通用型、高阻型、低温漂型、高速型、低功耗型和高压大功率型。
运算放大器用途非常广泛,接入适当的反馈网络,可实现不同用途的电路,如信号放大、信号运算、信号处理和波形的产生与变换。
其应用已经延伸到汽车电子、通信、自动控制、消费等各个领域。
一、关于集成运放参数的选择(1)最大输出电压:集成运算放大器的最大输出电压约为±14V。
(2)开环电压放大倍数:没外接反馈环节测定的差模放大倍数。
(3)输入失调电压:当输入为零时,输出不为零。
如果要使此时的输出为零,输入端加一个很小的补偿电压,即为输入失调电压。
一般为毫伏级。
(4)输入失调电流:输入为零时,两个输入端静态基极电流之差,一般为零点零几的微安级。
二、原理及方案集成运算放大器具有放大倍数高,输入电阻大,输出电阻小,可靠性高等特点,广泛应用于各种技术领域,应用中按照其传输特性,可分为线性区和非线性饱和区。
在理论研究中将集成运算放大器理想化,即放大倍数和输入电阻趋近于无穷大,输出电阻无穷小,也可推导得到集成运放工作在线性区的两点重要依据[1]:(1)(一)反相比例运算图1是由集成运算放大器构成的反相比例运算电路,主要特点是反馈电阻跨接于输出端与反相输入端之间构成闭环,输入信号由反相输入端输入。
根据集成运算放大器工作在线性区的两点重要依据可以得到式(2)。
运算放大器的线性应用运算放大器组成的电路五花八门,令人眼花瞭乱,是模拟电路中学习的重点。
在分析它的工作原理时倘没有抓住核心,往往令人头大。
为此本人特搜罗天下运放电路之应用,来个―庖丁解牛‖,希望各位从事电路板维修的同行,看完后有所斩获。
遍观所有模拟电子技朮的书籍和课程,在介绍运算放大器电路的时候,无非是先给电路来个定性,比如这是一个同向放大器,然后去推导它的输出与输入的关系,然后得出Uo=(1+Rf)Ui,那是一个反向放大器,然后得出Uo=-Rf*Ui……最后同学往往得出这样一个印象:记住公式就可以了!如果我们将电路稍稍变换一下,他们就找不着北了!曾经试过至少100个以上的大专以上学历的电子专业应聘者应聘,结果能把给出的运算放大器电路分析得一点不错的没有超过10个人!其它专业毕业的更是可想而知了。
今天,芯片级维修教各位战无不胜的两招,这两招在所有运放电路的教材里都写得明白,就是―虚短‖和―虚断‖,不过要把它运用得出神入化,就要有较深厚的功底了。
虚短和虚断的概念由于运放的电压放大倍数很大,一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB以上。
而运放的输出电压是有限的,一般在10 V~14 V。
因此运放的差模输入电压不足1 mV,两输入端近似等电位,相当于―短路‖。
开环电压放大倍数越大,两输入端的电位越接近相等。
―虚短‖是指在分析运算放大器处于线性状态时,可把两输入端视为等电位,这一特性称为虚假短路,简称虚短。
显然不能将两输入端真正短路。
由于运放的差模输入电阻很大,一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。
因此流入运放输入端的电流往往不足1uA,远小于输入端外电路的电流。
故通常可把运放的两输入端视为开路,且输入电阻越大,两输入端越接近开路。
―虚断‖是指在分析运放处于线性状态时,可以把两输入端视为等效开路,这一特性称为虚假开路,简称虚断。
显然不能将两输入端真正断路。
在分析运放电路工作原理时,首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大,什么加法器、减法器,什么差动输入……暂时忘掉那些输入输出关系的公式……这些东东只会干扰你,让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数,这是设计者要考虑的事情。