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运算放大器在实际中的应用
运算放大器在实际中的应用运算放大器在实际中的应用广西大学工程学院 郭成文 摘要：随着科技的发展，如今运算放大器技术得到巨大的改善并且广泛应用于各个领域中。关键字： 运放，集成，输入输出，高增益Operational amplifier in practical applicationAbstract：Along with the development of science and technology, now get great improvement on technical and operational amplifier is widely used in various fields. This paper mainly described the working principle, selection and use of the features of integrated operational amplifier.Keywords：Op amp, integration, input and output，high gain运放(operational amplifier）能对信号进行数学运算的放大电路。它曾是模拟计算机的基础部件，因而得名。采用集成电路工艺制做的运算放大器，除保持了原有的很高的增益和输入阻抗的特点之外，还具有精巧、廉价和可灵活使用等优点，因而在有源滤波器、开关电容电路、数-模和模-数转换器、直流信号放大、波形的产生和变换，以及信号处理等方面得到十分广泛的应用。1工作原理运放如图有两个输入端a（反相输入端），b（同相输入端）和一个输出端o。也分别被称为倒向输入端非倒向输入端和输出端。当电压U-加在a端和公共端（公共端是电压为零的点，它相当于电路中的参考结点。）之间，且其实际方向从a 端高于公共端时，输出电压U实际方向则自公共端指向o端，即两者的方向正好相反。当输入电压U+加在b端和公共端之间，U与U+两者的实际方向相对公共端恰好相同。为了区别起见，a端和b 端分别用&-&和&+&号标出，但不要将它们误认为电压参考方向的正负极性。电压的正负极性应另外标出或用箭头表示。反转放大器和非反转放大器如下图：
运算放大器
运算放大器一般可将运放简单地视为：具有一个信号输出端口（Out）和同相、反相两个高阻抗输入端的高增益直接耦合电压放大单元，因此可采用运放制作同相、反相及差分放大器。
运放的供电方式分双电源供电与单电源供电两种。对于双电源供电运放，其输出可在零电压两侧变化，在差动输入电压为零时输出也可置零。采用单电源供电的运放，输出在电源与地之间的某一范围变化。
运放的输入电位通常要求高于负电源某一数值，而低于正电源某一数值。经过特殊设计的运放可以允许输入电位在从负电源到正电源的整个区间变化，
甚至稍微高于正电源或稍微低于负电源也被允许。这种运放称为轨到轨（rail-to-rail）输入运算放大器。
压=A0（E1-E2），其中，A0 是运放的低频开环增益（如
100000 倍），E1 是同相端的输入信号电压，E2 是反相端的输入信号电压。1运算放大器在实际中的应用2类型
通用型运算放大器通用型运算放大器就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、产品量大面广，其性能指标能适合于一般性使用。例μA741（单运放）、LM358（双运放）
、LM324为输入级的LF356都属于此种。它们是目前应用最为广泛的集成运算放大器。
运算放大器
高阻型运算放大器rid&1GΩ~1TΩ，IB
为几皮安到几十皮安。实现这些指标的主要措施是利用场效应管高输入阻抗的特点，用场效应管组成运算放大器的差分输入级。用FET
噪声等优点，常见的集成器件有LF355、LF347（四运放）及更高输入阻抗的CA3130、CA3140等。低温漂型运算放大器
在精密仪器、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。高速型运算放大器在快速
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
常见的运放有LM318、μA715等，其SR=50~70V/us,BWG&20MHz。低功耗型运算放大器
必须使用低电源电压供电、常用的运算放大器有TL-022C、TL-060C等，其工作电压为±2V~±
18V，消耗电流为50~250μA
μW级，例如ICL7600
1.5V，功耗为10mW，可采用单节电池供电。2运算放大器在实际中的应用
运算放大器高压大功率型运算放大器
运算放大器的输出电压主要受供电电源的限制。在普通的运算放大器中，输出电压的最大值一般仅几大电流集成运算放大器外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，μA791集成运放的输出电流可达1A。可编程控制运算放大器在仪器仪表得使用过程中都会涉及到量程得问题.为了得到固定电压得输出，就必须改变运算放大器得放大倍数.例如：有一运算放大器得放大倍数为10倍，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，通过控制1,2脚的电平来改变放大的倍数。
3正确选择集成运算放大器集成运算放大器是模拟集成电路中应用最广泛的一种器件。在由运算放大器组成的各种系统中,由于应用要求不一样,对运算放大器的性能要求也不一样。在没有特殊要求的场合,尽量选用通用型集成运放,这样即可降低成本,又容易保证货源。当一个系统中使用多个运放时,尽可能选用多运放集成电路,例如LM324、LF347等都是将四个运放封装在一起的集成电路。评价集成运放性能的优劣,应看其综合性能。一般用优值系数K来衡量集成运放的优良程度,其定义为：式中,SR为转换率,单位为V/ms,其值越大,表明运放的交流特性越好;Iib为运放的输入偏置电流,单位是nA;VOS为输入失调电压,单位是mV。Iib和VOS值越小,表明运放的直流特性越好。所以,对于放大音频、视频等交流信号的电路,选SR（转换速率）大的运放比较合适;对于处理微弱的直流信号的电路,选用精度比较的高的运放比较合适（既失调电流、失调电压及温飘均比较小）。实际选择集成运放时,除优值系数要考虑之外,还应考虑其他因素。例如信号源的性质,是电压源还是电流源;负载的性质,集成运放输出电压和电流的是否满足要求;环境条件,集成运放允许工作范围、工作电压范围、功耗与体积等因素是否满足要求。
4集成运放器的主要使用特点1．集成运放的电源供给方式集成运放有两个电源接线端+VCC和-VEE,但有不同的电源供给方式。对于不同的电源供给方式,对输入信号的要求是不同的。（1）对称双电源供电方式
3运算放大器在实际中的应用运算放大器多采用这种方式供电。相对于公共端
（地）的正电源（+E）与负电源（-E）分别接于运放的+VCC和-VEE管脚上。在这种方式下,可把信号源直接接到运放的输入脚上,而输出电压的振幅可达正负对称电源电压。（2）单电源供电方式单电源供电是将运放的-VEE管脚连接到地上。此时为了保证运放内部单元电路具有合适的静态工作点,在运放输入端一定要加入一直流电位,如图1所示。此时运放的输出是在某一直流电位基础上随输入信号变化。对于图1交流放大器,静态时,运算放大器的输出电压近似为VCC/2,为了隔离掉输出中的直流成分接入电容C3。图1 运算放大器单电源供电电路2．集成运放的调零问题由于集成运放的输入失调电压和输入失调电流的影响,当运算放大器组成的线性电路输入信号为零时,输出往往不等于零。为了提高电路的运算精度,要求对失调电压和失调电流造成的误差进行补偿,这就是运算放大器的调零。常用的调零方法有内部调零和外部调零,而对于没有内部调零端子的集成运放,要采用外部调零方法。3．集成运放的自激振荡问题运算放大器是一个高放大倍数的多级放大器,在接成深度负反馈条件下,很容易产生自激振荡。为使放大器能稳定的工作,就需外加一定的频率补偿网络,以消除自激振荡。另外,防止通过电源内阻造成低频振荡或高频振荡的措施是在集成运放的正、负供电电源的输入端对地一定要分别加入一电解电容（10mF）和一高频滤波电容（0.01mF~0.1mF）。4．集成运放的保护问题集成运放的安全保护有三个方面：电源保护、输入保护和输出保护。（1）电源保护。电源的常见故障是电源极性接反和电压跳变。电源反接保护和电源电压突变保护电路见图 1（a）、(b)所示。对于性能较差的电源,在电源接通和断开瞬间,往往出现电压过冲。图(b)中采用FET电流源和稳压管钳位保护,稳压管的稳压值大于集成运放的正常工作电压而小于集成运放的最大允许工作电压。FET管的电流应大于集成运放的正常工作电流。（2）输入保护。集成运放的输入差模电压过高或者输入共模电压过高（超出该集成运放的极限参数范围）,集成运放也会损坏。图2 所示是典型的输入保护电路。
4运算放大器在实际中的应用
图1 集成运放电源保护电路 图2集成运放输入保护电路（3）输出保护。当集成运放过载或输出端短路时,若没有保护电路,该运放就会损坏。但有些集成运放内部设置了限流保护或短路保护,使用这些器件就不需再加输出保护。对于内部没有限流或短路保护的集成运放,可以采用图3所示的输出保护电路。在图3电路中,当输出保护时,由电阻R起限流保护作用。
图3 集成运放输出保护电路参考文献：/view/389763.htm5
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扭力传感器，以便後端处理，例如压力传感器，这些传感器都是一些微弱的电讯号可能是mV ，主要是将传感信号进行放大1，需要将其进行线性放大,uV等为单位，然後再送往後端处理例如某传感器是-1mV~1mV 模拟量需要变为-5V～5V，如果信号微弱则无法处理2，温度传感器等等
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