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運(yùn)放基礎(chǔ)知識(shí)運(yùn)放是集成運(yùn)算放大器的簡(jiǎn)稱,它是一種內(nèi)部為直接耦合的高放大倍數(shù)的集成電路,其內(nèi)部電路可由圖的方框圖表示。運(yùn)放的電路符號(hào)如圖所示,其中圖(a)為正、負(fù)雙電源供電,圖(b)為單電源供電,其封裝有金屬封裝(B-3型即禮帽式,大功率三極管TO-3型)和塑料封裝(扁平封裝、雙列直插封裝、單列直插封裝)兩種形式,如圖,其引腳通常為8腳、9腳,14腳、16腳等幾種。 根據(jù)集成電路封裝所包含的運(yùn)放單元數(shù)量,可分為單運(yùn)放,如TL081,LM318、NE5539等見圖3(a)(指塑封類型,下同);雙運(yùn)放如TL082、LMl58、NE5532、PC40724等見圖3(b)(c);四運(yùn)放如LM324、TL084、LF347等見圖3(d)。 運(yùn)放的特點(diǎn)及其類別: 1通用型 這類運(yùn)放無特殊要求,常在普通電路中使用,價(jià)格也很低廉,比如A741、LM324等。 2微偏流(高阻)型 這類運(yùn)放的輸入阻抗極高,常以場(chǎng)效應(yīng)管作為輸入級(jí),其輸入偏流低到pA(10-12pA)級(jí),比如AD549、OPAl28等。 3低功耗型 這類運(yùn)放自身功耗極低,常以電池供電,其靜態(tài)耗電有的僅為20A,比如OP90G、LP324等。 4高精度型 這類運(yùn)放的失調(diào)電壓及溫漂極小,具有很高的穩(wěn)定性。對(duì)頻率特性要求不高,主要用于電子儀器中,比如OP07、OP177等。 5低噪聲型 這類運(yùn)放的特點(diǎn)是噪聲電壓密度極低,已低至085nV1kHz主要用于高級(jí)音響的前置級(jí),比如AD829、LT1028就屬這類運(yùn)放。 6高速型 這類運(yùn)放主要用在高頻高帶寬的電子設(shè)備中,通常采用電流負(fù)反饋方式,它的轉(zhuǎn)換速率很高,可達(dá)2000Vs以上。比如LM318、EL2030C、AD8001A就屬這一類運(yùn)放。 7電流型 這類運(yùn)放輸出電流大,常用在音頻功放及電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中,比如TDA2007、LMl875、OPA541等。就OPA541來說,它輸出的最大電流可達(dá)10A,輸出功率達(dá)125W。 除此以外還有高壓型、程控型、跨導(dǎo)型等等,在此不一一介紹。無論哪種運(yùn)放都有兩個(gè)輸入端,即同相輸入端V+,反相輸入端V-,一個(gè)輸出端Uo。它的基本特性:當(dāng)從同相端輸入信號(hào)時(shí),其輸出與輸入端信號(hào)同相位,即同相放大;當(dāng)從反相端輸入信號(hào)時(shí),其輸出與輸入端信號(hào)相位相反,即反相放大。當(dāng)從同相輸入端和反相輸入端同時(shí)注入不同信號(hào)時(shí),輸出端輸出的信號(hào)是它們的代數(shù)和,即差動(dòng)放大。當(dāng)同相輸入端和反相輸入端同時(shí)輸入同一信號(hào)時(shí),輸出端無信號(hào),這是因?yàn)檎⒎聪喾糯笃鞣糯蠛蟮男盘?hào)由于相位相反,剛好抵消。 運(yùn)放是一種通用電子器件,它的應(yīng)用很廣,比如在放大、振蕩、電壓比較,模擬運(yùn)算、阻抗變換,有源濾波等電路中。但不管在哪種電路中應(yīng)用,均是基于運(yùn)放的三種基本放大電路:即同相放大器、反相放大器、差動(dòng)放大器。 1.反相放大器上圖是反相放大器電路,圖中,輸入電壓Vi通過R1加到反相輸入端A,同相輸入端B接地。輸出電壓Vo又通過反饋電阻Rf反饋到反相輸入端A。通過計(jì)算得到:輸出電壓為:VoVi(計(jì)算過程略) 。可見,反相放大器的輸出電壓Vo與輸入電壓Vi存在著比例關(guān)系且相位相反,故稱反相輸入比例運(yùn)算放大器,簡(jiǎn)稱反相放大器。 2.同相放大器上圖是同相放大器電路,信號(hào)電壓Vi從同相輸入端B輸入,而輸出電壓Vo通過電阻Rf反饋到反相輸入端A處。通過計(jì)算得到:Vo=(計(jì)算過程略)??梢姡喾糯笃鞯姆糯蟊稊?shù)取決于電阻Rf與R1的比值。輸出電壓Vo與輸入電壓同相且有比例關(guān)系,比例常數(shù)是 。故稱同相輸入比例運(yùn)算電路,簡(jiǎn)稱同相放大器。 3.減法器電路上圖是運(yùn)放構(gòu)成的減法器電路,輸入信號(hào)Vi1通過電阻R1加到反相輸入端;輸入信號(hào)Vi2通過電阻R2加到同相輸入端,反饋電壓則由輸出端通過反饋電阻Rf反饋到反相輸入端。在同相輸入端與“地”之間接有電阻R3.為了使集成運(yùn)放兩輸入端的輸入電阻對(duì)稱,通常使R1=R2,R3=Rf。通過運(yùn)算可得:Vo=(Vi1-Vi2) 可見,輸出電壓正比于兩個(gè)輸入電壓之差。如果取Rf=R1,則 Vo=Vi1-Vi2 。這時(shí),電路就成為減法器。 圖5是運(yùn)放構(gòu)成的加法器電路,它實(shí)際是運(yùn)放構(gòu)成的反相放大器。U1、U2是兩個(gè)相加電壓,Uo則是電壓和, 當(dāng)R1=R2=R3時(shí),放大倍數(shù)A=1,R4為平衡電阻,用以提供適當(dāng)偏流以防止放大器失調(diào)。 圖7是運(yùn)放構(gòu)成的比較器電路,它也是整動(dòng)放大器的應(yīng)用,當(dāng)輸入電壓U1大于基準(zhǔn)電壓E時(shí),它的輸出端將有電壓輸出,所以它常用于伺服或保護(hù)電路中。 圖8是運(yùn)放構(gòu)成的阻抗變換器電路,它是運(yùn)放構(gòu)成的同相放大器,放大倍數(shù)A=1的特例。它輸出電壓與輸入電壓相等、相位相同,但它卻有極高的輸入阻抗和較低輸出阻抗,故也將它稱為電壓跟隨器。 圖9是運(yùn)放構(gòu)成的電壓放大器,其放大倍數(shù)由R2、R3共同決定,其中Cl是信號(hào)耦合電容,C2是高頻旁路電容,R1、R2為偏置電阻,R3為負(fù)反饋電阻。 圖10是運(yùn)放構(gòu)成的正弦波振蕩器,R1、R2、C1、C2構(gòu)成正反饋電路,R3、R4、R5構(gòu)成負(fù)反饋電路,二極管D1、D2起穩(wěn)定振幅的作用。 圖11是運(yùn)放構(gòu)成的二分頻電路,它實(shí)際是有源濾波器。在圖11中,ICl等構(gòu)成二階高通濾波器,IC2等構(gòu)成二階低通濾波器,它能將前置放大器送來的音頻信號(hào)分頻后,分別送入兩個(gè)功率放大器放大,然后分別推動(dòng)高音和低音喇叭放音。 以上只是粗略介紹了運(yùn)放的一些典型應(yīng)用,實(shí)際上的應(yīng)用還很多,在此不再一一舉例。 運(yùn)放的主要參數(shù)有:工作電壓、靜態(tài)工作電流,信噪比、電壓最大增益、功耗、輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流、輸入阻抗、輸出阻抗、增益帶寬積及轉(zhuǎn)換速率等.下面僅解釋一下什么是增益帶寬積與轉(zhuǎn)換速率。所謂增益帶寬積是指運(yùn)放開環(huán)電壓放大倍數(shù)A=1時(shí),帶寬與放大倍數(shù)的乘積。對(duì)應(yīng)的帶寬頻率用fc表示(因工作頻率升高,運(yùn)放的放大倍數(shù)降低),一般通用型可達(dá)1MHz,寬帶高速
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