集成运算放大器的基础知识 图解

6.1集成运算放大器的基本知识
基本组成 集成运算 放大器 理想运放
知 识 分 布 网 络
理想集成运放的参数
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……。)
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 uo
U O ( sat )
uI uI
O
O
非线性区
U O ( sat )
U O ( sat )
非线性区 线性区
实际集成运放 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
图6-14(a) 为电压比较器电路及电压传输特性, 当 ui U R时， u 0 U om 当 ui U R时， u0 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)
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.
1 1 21 3 4
21 3
4
1
21 3
4
a) 园壳式
b) 双列直插式
图6-3 集成电路的外形
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。
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。
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 V 2. =1mA。则R3= I Uz (12 1mA5)V 0.95K 。 取R3=10KΩ 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 R11 应由下列分压公式估算： 13V UT 1 2.5V
u 0 Aod (u u )
Aod
（6-1）
u 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 →∞ Rid →∞ 差模输入电阻 Rod 输出电阻 =0 KCMR →∞ 共模抑制比 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 数为无穷大。
(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。
图 6-15 例6-3用图
1.认识电路
2.电路安装
3.电路调试
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
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 加法运算 减法运算 线性应用
反相输入
同相输入

除法运算 微分运算
积分运算 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。
CC F1
IF 1
12 mA
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 U T 1 =2.5V,当电池电压低于10V时， U R 21 ＜2.5V时比较器A2输出低电平，LED2发光。当 ＞2.5V时 U R 21 比较器A2输出高电平，LED2截止。 LED2选为BT111-X（绿）发光二极管，其最大电流为 IFM =20mA,正向电 I 压为 UFM =2.3V，取工作电流为 F 2 =12mA,则
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。
R24=
VCC UF 2 (13 2.3)V 0.624 K IF 2 12 mA
Ω
取R24=680Ω。 R21、R22由下式估算：
R21 10V UT 1 2.5V R21 R22
取R21=10.0KΩ,则R22=30.0 KΩ。
2. 电路安装
按电路图6-20合理设计元件位置进行
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
o
i f ii
f
u i uo ui Ri Rf
i
R ∴ （6-5） u (1 )u R 输出电压与输入电压同相，且成比例，故称为同相比例运算。 u u 当 R 0 或 R , （6-6） 称为电压跟随器，电路如图6-9所示。
1
f
1
0
i
-

+
uI
R2
+ +
+ 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
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。
CC F1
R11 R12
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 V U (13 1.9)V R14= Ω,取R14=10KΩ。VZ为2.5V的稳压管。 9.5K