运算放大器应用

集成运算放大器1集成运算放大器的特点2集成运算放大器的应用3运放在比较器中的作用4积分器与微分器5OC门（集电极开路门）1集成运算放大器的特点1.1放大倍数为∞1.2输入端虚短、虚断1.3输出电阻为01.1开环放大倍数为∞这里的放大倍数是指电压放大倍数。运放输入端只要很小很小（比如说1mV）的电压差，输出端就会输出正电源电压或负电源电压（比如说±15V）。此时我们计算开环放大倍数：150001mV15VViVoAu实际上，当输入电压比1mV更小时，输出端也会输出正电源电压或负电源电压。有如此大的电压放大倍数，在实际应用中，根本不会碰到因放大倍数过小而导致计算误差。因此，我们认为开环放大倍数为∞。2输入端虚短、虚断由于集成运算放大器的放大倍数为∞，而输出端的电压为有限值（最高和最低都不能超过电源电压）。故VVVccAuVoViVoAuVi0由以上计算得知，同相输入端与反相输入端电压相等，相当于短路，即虚短。这并不是说，同相输入端与反相输入端电压完全相等，只是告诉大家，同相输入端与反相输入端之间仅有很小的电压差，我们在分析问题时可以忽略不计。由于集成运算放大器的输入端大都采用了场效应管，而场应管的输入电阻往往非常大，达108-109Ω，因此输入电流往往非常小，只有几nA至几十nA，有的甚至只有几pA。在实际应用中，我们可以认为运放不摄入电流，相当于输入端开路，即虚断。3输出电阻为0为了提高集成运算放大器带负载能力，输出端多采用推挽输出。因此输出电阻就是三极管接成射极跟随器时的输出电阻，在理想情况下为0。我们在使用中也认为输出电阻为0。2集成运算放大器的应用2.1同相放大器2.2反相放大器2.3同相放大器与反相放大器的比较2.1同相放大器同相放大器的接法见下图：0ViVinRfRrRinIfIrfrfrffiourfrffoinRR1RI)RR(IVVARIVV)RR(IV0I一般地：Rin=Rf//Rr有利于消除同相输入端与反相输入端输入偏置电流不平衡带来的误差。2.2反相放大器反相放大器的接法见下图：0ViVinRfRrRinIfIinfininffioufinffoininiRRRIRIVVAIIRIV;RIV0VV一般地：Rr=Rf//Rin有利于消除同相输入端与反相输入端输入偏置电流不平衡带来的误差。把两个电路图合并，可得到以下电路：于是：V31.3324.15.2)K10K24.31(5.2)27R26R1(VrefVAUX2.3同相放大器与反相放大器的比较相位同相放大器：输入输出同相反相放大器：输入输出反相放大倍数同相放大器：放大倍数≥1反相放大器：既能＞1，又能＜12.4差分放大器差分放大器的接法见下图：1V1R2V2R0VFR3R这实际上是同相放大器与反相放大器的迭加：只有V1输入时输出为：2o11F3232VRRRRRRV1o1F1VRRVV1和V2一起输入时输出为：11F32321F12o1ooRRRRRRVRRVVVV只有V2输入时输出为：当R1=R2=R3=RF时，Vo=V2-V13运放在电压比较器中的作用3.1简单比较器3.2迟滞比较器3.1简单比较器电路图输入输出特性ViVoVREFEC-EEVOLVOHVoVi+EC-EEVREF优点：只有一个比较电平，电路简单。缺点：抗干扰性差输出电压高频脉冲边缘不够陡峭，抗干扰能力差，iu在REFU附近时，由于干扰，输出波形将不停的跳变，直到iu远离REFU时输出才稳定。0ut干扰信号REFUiu0u3.2迟滞比较器电路图输入输出特性VoViVHVLVOHVOLvLOLF22REFF2FvVRRRVRRRV)VV(RRRVVVOLOHF22LH我们公司产品中的迟滞比较器一般以下列电路为主：当Vin为0V时，Vout输出0V。当Vin从0V慢慢往上升时，此时由Vin产生的电流经R25、R27、D15流至第1脚。当V5.25.4701.35.47V27R25R27RVinin即V66.2Vin此时，电路发生翻转，输出高电平，12V。D15马上关断，B点电压马上上升至2.66V。此后，一直输出高电平。当Vin由高电压（比如10V）慢慢往下降时，由于输出高电压，D15一直关断。B点电压与Vin相等。当电压下降至2.5V时，电路发生翻转，由高电平转为低电平。于是我们可得到以下输入输出特性：VinVout2.52.660由以下特性图我们可以看出，该比较器比较电压不是一个，而是两个。其回差电压由R25与R27的比值决定。它的优点是提高了抗干扰能力，缺点是灵敏度下降了。思考一：假如我们把上述比较器的基准电压和输入电压交换一下，会是怎么样呢？显然，当Vin为0V时，输出高电平，12V。此时D15关断，B点电压等于2.5V。当输入电压由低慢慢往往上升至2.5V时，电路发生翻转，输出低电平0V，此时D15导通。B点电压马上变为：V35.25.4701.35.475.227R25R27RVVrefB此后，一直输出低电平。当Vin从高电压（比如10V）慢慢往下降时，由于D15导通，B点电压一直为2.35V。当电压下降至2.35V时，电路发生翻转，输出高电平，12V。于是得到如下输入输出特性：VinVout2.352.50思考二：如果把上图中的D15反向，又会是怎么样的结果呢？4积分器积分器的接法见下图：微分器的接法见下图：0ViVRCRinIfI0ViVRCRinIfItiodVRC1VtiioddVV5OC门（集电极开路门）5.1线与5.2普通运算放大器的线与5.3OC门5.1线与在实际应用中，需要多路保护，却只在一个保护输出时，需要用到运算放大器线与。如左图所示：5.2普通运算放大器的线与我们知道，为了提高运算放大器带负载能力，通常运算放大器的输出级设计为推挽电路。如下图所示（MC33702的等效电路）：我们将该电路简化一下，可得到：因为某种需要，将两路如果在使用过程中，出现Output1输出线线与，可得到：为高电平，而Output2为低电平时：此时，必然会出现图中红箭头所示的电流。这时，相当于将Vcc与GND直接短路。电流会很大。IC很快就会被烧坏。要解决这个问题，一个比较简单的办法就是：在输出端串联一只二极管。二极管的方向根据需要来确定。5.3OC门（集电极开路门）如果使用OC门，则简单得多：当Output1输出高电平，Output2输出低电平时，电流由上拉电阻R决定。一般情况下，R取4.7K或10K。OC门的特点：不能输出高电平；在使用中需接上拉电阻。常用的OC门运算放大器有：LM339、LM2901、LM311等。