运放知识总结

1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4LM324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2⑴当Ui+=0时,A1同相输入，A2反相输入)1(1'1giRRUU)(2'2giRRUU⑵当Ui-=0时,A2同相输入，A1反相输入)(11giRRUU)1(22giRRUU⑶总的输出：)()1(111gigiRRURRUU)()1(522gigiRRURRUU)1)(()(3564623510RRRRRURRUU若21RR、43RR、65RR；则：))((35120RRUUU；代入U1、U2，化简得))(21)((3510RRRRUUUgII))(21()(3510RRRRUUUAgIIV选153RR，则：)21()(10gIIVRRUUUA2．滞回比较器3我们把上门限电压UTH1与下门限电压UTH2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fRRRomUTHUTHUTHU222214（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，±12V、+1V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AU是固定的。B点所在的桥臂的电阻tR随温度变化，故BU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UR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UR代表设定的温度，改变比较电压UR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↑，tR↓，使BU↓，而BAUU↑。经测量放大器的放大，EU↑，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FU停止加温。温度t↓，tR↑，使BU↑↓，而BAUU↓。经测量放大器的放大，EU↓，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FU进行加温。6.装配与调试（1）按图1连接线路，2W的电阻R16靠近Rt，检查无误后，接通电源。图1温度控制电路8050＋12VJR16100R12Rp21.2kRp1500R10100kBCD1VE12W9013＋12V2DW7＋4VEF＋－R1R2R3120Rt＋－R41kR51kR61k2kR8R7R92k100k＋－UR100k10kR1110k＋－R13100kR142kR151kA5（2）标定温度范围，设控制温度范围为t1～t2，标定时将热敏电阻置于恒温槽中，使恒温槽温度为t1，过几分钟后调整Rp1,使UC=UD，标定此时Rp1的位置为t1。同理可标定温度为t2的位置。根据控温精度要求，可在t1～t2之间作若干点，在Rp1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-30mV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-0.5V到+0.5V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t1′、t2′、t3′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UD=2V，则控制温度的范围是升高还是降低？阐明其原因。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tR能否与2R交换位置。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。＋＋－R1RfV2V1R2RCCRuoRC串并联网络：正反馈、选频网络集成运放A：放大网络V1、V2：稳幅环节A∞6集成运放组成一个同相放大器,它的输出电压uo作为RC串并联网络的输入电压,而将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Au3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A3，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11RRAfuRCf21073．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2kHz,正弦波的峰值Uom约为7V,方波幅值Uopp约为-6～6V2．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2kHz,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0.01μF,再求得电阻R的值,此处可取8.2kΩ(标准值)。正弦波的输出幅度Uom7V,根据电路幅值估算公式式中,R3′是指动态时R3(取3kΩ左右时)与两个二极管并联后的等效电阻,工程估算值约为RCfπ2181.1kΩ。当R1也取3kΩ时求得R2的值约为8.73kΩ,考虑设置一个调节范围,此处取10kΩ的电位器。当然更理想的是可用一个6.2kΩ的固定电阻和一个5kΩ的电位器串联来代替10kΩ的电位器。A2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6V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A1正弦波的输出幅值7V之内,确定R4、R5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R2的值,直至示波器显示正常而稳定的正弦波。注意:R2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2kHz的要求。微调R2电位器的大小,在保证输出正常波形的条件下获得所需的7V的输出幅值。③调试滞回比较器电路。用信号发生器产生一个2kHz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7V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132v1RRRA96．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R3、VD1和VD2组成。其稳幅原理如下:起振时,该振荡波形的幅值Uom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R3,则由设定参数求得的电压放大倍数Av=1+(R2+R3)/R13,符合起振条件,电路内部形成一个增幅振荡,输出幅值Uom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Av=1+(R2+R3)/R1稳定振荡状态。同时该稳幅环节起到一个负反馈的稳幅作用,一旦输出幅值增加,即有一个自动调节过程:Uom↑→R′3↓→Av↓→Uom↓。题2简答:当VD1、VD2导通后,其两端的正向压降约为0.6V左右,等效电阻为R3′,其经验估算值为1.1kΩ左右,由输出幅值Uom的估算公式可估算出正弦波形输出幅值的大小。题3简答:为使方波产生电路抗干扰的能力较大,此处选用的是滞回比较器。其抗干扰能力即为电路的回差电压'3'321om)(6.0RRRRU