含有运算放大器电路分析

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1、含有运算放大器电路分析运算放大器是集成电路的一种，常用于各种模拟信号的运算。由于它的高性能、低价位，在模拟信号处理和发生电路中，几乎完全取代了分立元件的放大电路，因此，本章将重点介绍运算放大器基本运算电路，掌握这些基本运算电路的分析是进行电路设计的基础。1.1认识运算放大器运算放大器（OperationalAmplifier，简称OP、OPA或OPAMP）是一种直流耦合，差模输入、单端输出的高增益电压放大器,是一种多端电子器件。1运算放大器的电路模型运算放大器的电路符号如图所示。（a）所示是IEC（国际电工委员会）

2、标准符号；（b）所示是运算放大器的国际流行符号，电路符号图中一般不画出偏置电源端；（c）所示是运算放大器的中华人民共和国国家标准符号。应用运算放大器时，感兴趣的是它的外部特性及引脚的用途。如图所示为CA741运算放大器的引脚符号及调试电路，图中的三角形符号表示放大器，其主要引脚的用途是：2号为反相输入端，3号为同相输入端，4号和7号为电源端，6号为输出端，1号和5号端子为外接调零电位器。需要注意的是，不要把图中2端和3端的“”号和“+”号误认为电压参考方向的正、负极性，2端和3端的“”号和“+”号用于表示输入和

3、输出之间的极性关系。1.2运算放大器的电路组成及其分类运算放大器的电路组成如图所示，可分为输入级、中间级、输出级和偏置电路4个基本组成部分。输入级要求其输入电阻高，能抑制干扰信号；中间级主要进行电压放大，要求其电压放大倍数高，通常A的量值可高达105～108；输出级与负载相接，要求其输出电阻低,带负载能力强。1.2运算放大器的电路组成及其分类集成运算放大器的分类方法很多，按照运算放大器的参数来分可分为如下7种类型。（1）通用型运算放大器通用型运算放大器是以通用为目的而设计的。这类器件的主要特点是价格低廉、产品量大，

4、其性能指标能适合于一般性使用。例如，A741(单运放)、LM358(双运放)、LM324(四运放）及以场效应管为输入级的LF356都属于此类。（2）高阻型运算放大器这类集成运算放大器的特点是差模输入阻抗非常高，输入偏置电流非常小，一般Rin为1G～1T，IB为几皮法到几十皮法。具有高速、宽带和低噪声等优点，但输入失调电压较大。常见的集成器件有LF355、LF347(四运放)及更高输入阻抗的CA3130、CA3140等。1.2运算放大器的电路组成及其分类（3）低温漂型运算放大器在精密仪器、弱信号检测等自动控制仪

5、表中，总是希望运算放大器的失调电压要小且不随温度的变化而变化。低温漂型运算放大器就是为此而设计的。目前常用的高精度、低温漂运算放大器有OP07、OP27、AD508及由MOSFET组成的斩波稳零型低漂移器件ICL7650等。（4）高速型运算放大器在快速A/D和D/A转换器、视频放大器中，要求集成运算放大器的转换速率SR一定要高，单位增益带宽BWG一定要足够大,像通用型集成运放是不能适合于高速应用的场合的。高速型运算放大器主要特点是具有高的转换速率和宽的频率响应范围。常见的运放有LM318、A715等,其SR为50

6、～70V/s，BWG>20MHz。1.2运算放大器的电路组成及其分类（5）低功耗型运算放大器随着便携式仪器应用范围的扩大，必须使用低电源电压供电、低功率消耗的运算放大器。常用的运算放大器有TL-022C、TL-060C等，其工作电压为±2～±18V，消耗电流为50～250A。目前,有的产品功耗已达W级,例如,ICL7600的供电电源为1.5V，功耗为10mW，可采用单节电池供电。（6）高压大功率型运算放大器普通的运算放大器若要提高输出电压或增大输出电流，集成运放外部必须要加辅助电路。高压大电流集成运算放大器外

7、部不需附加任何电路，即可输出高电压和大电流。例如，D41集成运放的电源电压可达±150V，A791集成运放的输出电流可达1A。1.2运算放大器的电路组成及其分类（7）可编程控制运算放大器在仪器仪表的使用过程中都会涉及量程问题。为了得到固定的电压输出，就必须改变运算放大器的放大倍数。例如,有一运算放大器的放大倍数为10倍，当输入信号为1mV时,输出电压为10mV；当输入电压为0.1mV时，输出就只有1mV，为了得到10mV电压就必须改变放大倍数为100。程控运放就是为了解决这一问题而产生的。例如,PGA103A通过

8、控制1、2脚的电平来改变放大的倍数。1.3运算放大器的外特性在运算放大器的反相输入端加电压，正相输入端加电压u+，如图所示，可得到输出电压uo和输入电压的关系:uo和ud之间的传输特性曲线如图所示，也称为运算放大器的外特性。其传输特性可分3个区域。①线性工作区：此时，则②正向饱和区：此时，则③正向饱和区：此时，则式中,ε是一个数值很小的电压,例如,Usat=