运算放大器应用技巧课件.ppt

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1、OP分析、设计及应用技巧重邮光电学院王岳生WHY1：目前举办的各种电子竞赛选题中，相关的模拟电路部分一般会首选运算放大器的应用问题；而扩展部分也必然牵扯到集成运放的使用技巧和灵活运用。因而，相关集成运放电路的设计技巧是我们应该关注的首要问题。2：学习外围电路设计的基础和入门“集成运放”，是采用半导体集成工艺制造的一种高增益、高输入阻抗、高共模抑制比的多级直接祸合放大器。它通常至少具有10万倍以上的放大倍数，兆欧级以上的输入电阻。其内部电路相当复杂，一般包含几十甚至上百的元器件，其中大部分是晶体管，还有少数电阻和个别小电容。这种器件在应用上又具有“傻瓜”lC的特点，

2、即不必透彻了解其内部电路，只要“承认”它是一个高增益放大器，运用简单的计算规则即可组成你所需要的应用电路，且只须简单调试即可正常工作。OP简介集成运放的全称是集成运算放大器这个名字来源于早期它主要是用于模拟计算机的各种运算电路如比例、加、减、乘、除、积分、微分等。集成运放大多是一个三级的直接耦合放大器，能用于直流或交流放大。其内部结构主要由三级构成。输入级均采用差分放大，中间级一般为单管共射放大，输出级多采用互补推挽功放电路。因此，具有两个输入端和一个输出端。集成运放通常采用对称的正、负电源供电。下面我们通过几个例子来说明运放电路设计中的一些具体技巧问题。一输入端

3、电阻匹配RB应有什么要求？如果对比例放大器的精度和漂移指标都要求不高，即工作时允许其放大倍数有微小变化的话，RB甚至可以省去不用使电路更加简单。如果需要非常精密的比例放大、要求有极高的精度和极小漂移的话，则应取RB=R1//RF。这是因为集成运放的输入级都是左、右两边要求对称的差分放大电路。若两输入端的输入电阻不对称，则在输入信号为零时相同的偏置电流将在两支路形成不同的压降，即相当于在运放两输入端加入一个人为的干扰信号。当环境温度变化致使，这个干扰信号也将随温度而漂移、并导致放大器产生温漂或时漂。因此，对高精度、低漂移的放大器，保证RB=R1//RF是非常重要的。

4、二电阻选择假设需设计一交流放大器，要求放大倍数Au=500，输入电阻ri≥100kΩ。电路设计的第一步是方案选择，可以采用反相，也可以采用同相输入。那么，用哪种更好呢?（问题一）如用反相输入，电路可如图(a)所示。为保证输入电阻ri=RI≥100kΩ，则RI至少取100kΩ；为保证Au=500，则应有RF=500×RI=50MΩ。且有RB=RI∥RF=100kΩ∥50MΩ≈100kΩ。如采用同相输入，电路可如图9(b)所示。由于同相输入阻抗近似无穷大，因此选多大的RI和RB都可以。例如取RI=1kΩ，则RF=499kΩ即可满足Au=500，RB也近似取1kΩ即可。

5、这两种方案有什么优缺点，各适用于什么场合呢?采用反相输入的优点是：运放不管有无输入信号，其两输入端电位始终近似为零。两输入端之间只有μV级的差动信号(或称差分信号、差模信号)。而在同相输入形式中，因UIN+=UIN-=Ui，在Ui不为零时运放两输入端间除有极小的差模信号（例如UIN＋－UIN-=5.00001V－4.99999V=20μV）外，还同时存在较大的共模电压（UlN++UIN-）／2=（5.00001V+4.99999V）／2=5V。集成运放虽有较高的共模抑制能力，但其共模放大倍数总是大于零的，因此多少总会带来一点误差，这是同相输入的缺点。但本例要求放大

6、器有较高的输入电阻和较大的放大倍数，如采用反相输入形式，则RI和RF至少要取到100kΩ和50MΩ。而在运放电路中，通常不希望使用这么大的电阻，因为哪怕是很微小的干扰电流（如随温度而漂移的失调电流）流经大的电阻，也会形成较大的干扰电压，并影响整个电路的工作精度。因此，本例还是以取同相输入形式为好。第二个问题是：取RI=1kΩ、RF=499kΩ或是RI=1Ω、RF=499Ω；RI=100kΩ、RF=49.9MΩ都能保证放大倍数Au=500。那么RI和RF是取大一些、还是小一些好呢?前面我们已经分析了RI、RF过大可能会带来较大的电流漂移干扰，那么，RI、RF是不是越

7、小越好呢?答案是否定的。从减小偏置电流、失调电流及其漂移所造成的误差来看，RI、RF取小些好。但在电路中RI、RF同时也是放大器的负载，当输出电压不为零时，运放输出端除向负载提供电流外，也同时向RF支路提供电流。例如，若取RF+RI=500Ω，则当输出电压Uo=10V时，就将有20mA的电流自运放流入RF、RI，而集成运放的最大输出电流通常只有士10mA左右。过重的负载不仅会使运放提前进入饱和，输出动态范围减小，还可能使管耗增大、发热，甚至造成器件的损坏。因此RI和RF的阻值既不宜过大，也不宜过小。在适当的阻值范围内，RI、RF取大一些、小一些均无所谓，只要其比例

8、关系符合要