3集成运算放大器

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三运放仪表放大器

三运放仪表放大器摘要本系统采用三个OP07双电源单集成运放芯片构成仪表放大器，此放大器能调节将输入差模信号放大100至200倍，同时具有高输入电阻和高共模抑制比，对不同幅值信号具有稳定的放大倍数；电源部分由变压器、整流桥、7812、7912、7805等线性电源芯片组成，可输出+5V、+12V、-12V三路电压。

一、方案论证与比较1.放大器电源的制作方法方案一：本三运放仪表放大器系统采用集成运放OP07，由于OP07是双电源放大器，典型电源电压为，可方便采用市售开关电源或者开关电源芯片制作电源作为OP07的电源输入，开关电源具有的效率高，体积小，散热小，可靠性高等特点，但是因为其内部构造特性，使输出电压带有一定的噪声干扰，不能输出纯净稳定的电压。

方案二：采用线性电源稳压芯片78系列和79系列制作线性电源，使用多输出抽头变压器接入整流桥再接入稳压芯片，输出纯净的线性电源。

2.电源方案论证本系统是一个测量放大系统，其信号要求纯净无噪声干扰，在系统中加入滤波器消除干扰的同时，我们应该考虑系统本身的干扰源并尽量降低干扰。

考虑到开关电源的输出电压不是十分纯净的，带有许多噪声干扰，而线性电源可以稳定输出电压值，虽然线性电源体积较大，效率较低，但是作为测量系统中，我们采用方案二来提高测量的精准度。

3.放大器制作方法方案一：题目要求使输入信号放大100至200倍，可使用单运放构成比例运算放大电路，按负反馈电阻比例运算进行放大，输出电压，此放大电路可以达到预定的放大倍数，但是其对共模信号抑制较差，容易出现波形失真等问题。

方案二：采用三运放构成仪表放大器，这是一种对弱信号放大的一种常用放大器，输出电压。

4.放大器方案论证在测量系统中，通常被测物理量均通过传感器转换为电信号，然后进行放大，因此，传感器的输出是放大器的信号源。

然而，多数传感器的等效电阻均不是常量，他们随所测物理量的变化而变。

这样，对于放大器而言信号源内阻是变量，放大器的放大能力将随信号的大小而变。

第3章直接耦合放大电路和集成运算放大器

+ u i1
Rid 2 Rb rbe －
（4）输出电阻
Ro 2Rc
+
ui2
_ReV
－
EE
2. 双端输入单端输出
(1)差模电压放大倍数
Aud

Rc 2Rb
//
RL rbe
+VCC
Rc
Rc
+
这种方式适用于将差分信号转换
Rb T1 RL
uo1 －
T2 Rb
为单端输出的信号。 +
－
R3
R2 R1
流电阻并不大。
_
V EE
恒流源使共模放大倍数减小，而
不影响差模放大倍数，从而增加
共模抑制比。
3.2.4 差动放大电路的四种接法
差动放大器共有四种输入输出方式:
1. 双端输入、双端输出（双入双出） 2. 双端输入、单端输出（双入单出） 3. 单端输入、双端输出（单入双出） 4. 单端输入、单端输出（单入单出）
用于衡量差分放大对管输入电流的大小。
IIB

1 2
IB1 IB2
4.开环差模电压放大倍数 Aod ：
无反馈时的差模电压增益。
一般Aod在100～120dB左右，高增益运放可达140dB以上。
Au = 10000
若输出有1 V的漂移
电压。
+
ui
则等效输入有100 —
Rc1 Rb1
T1 Re1
Re2
+ VCC
+u o T2
- VEE
uV的漂移电压
等效 100 uV
漂移
3. 减小零漂的措施

实验三集成运算放大器的基本应用

实验三集成运算放大器的基本应用—— 模拟运算电路一、实验目的1. 研究由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。

2. 了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。

二、实验仪器1．双踪示波器2．万用表3．交流毫伏表三、实验原理在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数、指数等模拟运算电路。

1）反相比例运算电路电路如图11-1所示。

对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为 i F O U R R U 1-= （11-1）图11-1 反相比例运算电路为减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻R 2=R 1∥R F 。

2）反相加法电路图11-2 反相加法运算电路电路如图11-2所示，输出电压与输入电压之间的关系为)(2211i F i F O U R R U R R U +-= R 3=R 1∥R 2∥R F （11-2） 3）同相比例运算电路图11-3（a ）是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为i F O U R R U )1(1+= R 2=R 1∥R F （11-3）当R1→∞时，U O =U i ，即得到如图11-3（b ）所示的电压跟随器。

图中R 2=R F ，用以减小漂移和起保护作用。

一般R F 取10K Ω，R F 太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。

图11-3 同相比例运算电路4）差动放大电路(减法器)对于图11-4所示的减法运算电路，当R1=R2，R3=RF 时，有如下关系式：)(1120i i U U R RF U -= （11-4）图11-4 减法运算电路 5）积分运算电路反相积分电路如图11-5所示。

在理想化条件下，输出电压U 0等于⎰+-=t C i U dt U RCt U 00)0(1)( （11-5）式中U C (0)是t=0时刻电容C 两端的电压值，即初始值。

图11-5 积分运算电路如果Ui(t)是幅值为E 的阶跃电压，并设UC(0)=0，则⎰-=-=t t RCE Edt RC t U 001)( （11-6）此时显然RC 的数值越大，达到给定的U0值所需的时间就越长，改变R 或C 的值积分波形也不同。

第三章差动放大电路及集成运算放大器第一节差动放大电路

温漂严重干扰了放大器的工作，会引起输出信号失真，严重时会把有用信号完全淹没。这是直流放大器必须克服的问题。实用中常采用多种补偿措施来抑制温漂，其中最为有效的方法是使用差动放大电路。该电路也是集成运算放大器的输入级电路。
差动放大电路及集成运算放大器
3.1.1.1 差动放大电路的基本结构差动放大电路如图３-１所示。
图3-2中可以算出差模输入电阻为: Rid＝２(ｒbe+Rb) 输出电阻为： Rο＝２RC
差动放大电路及集成运算放大器
3.1.3 共模输入信号与共模抑制比ＫCMR
在差动放大器两输入端同时输入一对极性相同、幅度相同的信号称为共模输入方式。定义共模信号uic为两个输入信号的算术平均值，即：
uic
ui1
差动放大电路及集成运算放大器
因此，其差模电压放大倍数为：
Aud
uo uid
Rc
Rb rbe
上式说明，该电压放大倍数与单管共射放大电路的电压
放大倍数相等。
这里我们用两套电路的元件实现的电压放大倍数和一套电路相同。但该电路具有很好的超低频性能和很强的抑制零点漂移的能力，这个问题下面还要详细讨论。
uo uo1 uo2 2uo1
差动放大电路及集成运算放大器
由图3-2可以计算出VT1、VT2的输出电压分别为：
VT1的输出电压：
uo1
Rcuid
2(Rb rbe )
VT2的输出电压：
uo 2
Rcuid
2(Rb rbe )
则差动放大电路的双端输出电压为：
uo
uo1
uo2
RCuid
Rb rbe
在一些超低频及直流放大电路中，级间耦合必须采用直接耦合方式。直接耦合电路既能放大交流信号又能放大直流信号，具有相当好的低频特性，所以又常称为直流放大器。但由于其内部各级电路的静态工作点相互影响,给电路设计和调整带来诸多不便。

电工与电子技术第三章集成运算放大器及其应用

各级工作点相互影响适于放大直流或变化缓慢的信号电压放大倍数为各级放大倍数之积零点漂移
零点漂移---当输入信号为零时，输出端电压偏离原来的起始电压缓慢地无规则的上下漂动，这种现象叫零点漂移。
产生原因---温度变化、电源电压的波动、电路元件参数的变化等等。
第一级产生的零漂对放大电路影响最大。
∴ i 1＝ i f
即 ui/R1=－uo/ Rf
uo、ui 符合比例关系，负号表示输出输入电压变化方向相反。
电路中引入深度负反馈，闭环放大倍数Auf 与运放的Au无关，仅与R1、Rf 有关。
当R1＝Rf 时， uo＝－ui ，该电路称为反相器。 R2－－平衡电阻同相端与地的等效电阻。其作用是保持输入级电路的对称性，以保持电路的静态平衡。
共模信号－－极性相同，幅值相同的信号。
u i1= u i2
差模输入（信号）
ui1 ui2 ui 2
IC1 IC2
UCE1 UCE2 u0 UCE1 Δ UCE2 2 UCE1
Ad 2 UCE1 / ui 2 UCE1 / 2ui1 UCE1 / ui1
i3 ui3 R3
i f u0 Rf
ui1 R1 i1
Rf if
ui2 R2 i2 ui3 R3 i3
－＋＋∞
uo
RP
u0 ui1 ui 2 ui 3 R f R1 R2 R3
uo R f ( ui1 ui2 ui3 ) R1 R2 R3
若 R1 R2 R3 R f
AOUi
uo
I－≈I+ ≈0
二、Rf if
ui R1 i1 R2

集成运算放大器

A/D转换方法
– 计数法速度慢 – 双积分式A/D转换器精度高、干扰小速度慢 – 逐次逼近式A/D转换器原理同计数式相似，只是从最高位开始，通过试探值来计数。
例1：ADC0804 （8位,100us,转换精度 ±1LSB,内带可控三态门）。

例2：ADC570 (输入电压：0~10V 或 -5V~+5V）

例3. 8位以上A/D转换器和系统连接。 ADC1210：12位，100us，启动端SC，结束转换CC。

例4. ADC0809: 逐次逼近式8通道8位ADC。

同时有模拟电路和数字电路的系统中地线的连接
模拟电路 ADC DAC 数字电路
模拟电路 AGND
数字电路 DGND
模拟地
公共接地点
if RF
R1 R2
R3 RP
－＋
u0
ui 1 ui 2 ui 3 uo R1 R2 R3 Rf 可得： uo R f ( ui 1 ui 2 ui 3 ) R1 R2 R3 若R1=R2=R3=R，则 u R f ( u u u ) o i1 i2 i3 R
集成运算放大器
1．集成运算放大器概述
集成运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路，一般由四部分组成：
输入级：一般是差动放大器，利用其对称特性可以提高整个电路的共模抑制比和电路性能，输入级有反相输入端“-”、同相输入端“+”两个输入端；中间级：的主要作用是
3、差动比例运算电路
R1=R2，R’=RF Uo=-RF/R1(Ui1-Ui2)
差动比例运算电路又称减法运算电路

电子课件电子技术基础第六版第三章集成运算放大器及其应用

1. 组成框图集成运算放大器的组成框图如图所示，通常包括输入级、中间级、输出级和偏置电路。
集成运算放大器的组成框图
（1）输入级通常是具有较大输入电阻和一定放大倍数的差动放大电路，利用它可以使集成运算放大器获得尽可能高的共模抑制比。（2）中间级中间级的作用是使集成运算放大器具有较强的放大能力，通常由多级共射极放大器构成。
一、零点漂移
放大直流信号和缓慢变化的信号必须采用直接耦合方式，但简单的直接耦合放大器，常会发生输入信号为零输出信号不为零的现象。产生这种现象的原因很多，如温度的变化、电源电压的波动、电路元件参数的变化等，都会使静态工作点发生缓慢变化，该变化量被逐级放大，便会使放大器输出端出现不规则的输出量，这种现象称为“零点漂移”，简称“零漂”。
三、集成运算放大器的主要参数
为了表征集成运算放大器的性能，生产厂家制定了很多参数，作为合理选择和正确使用集成运算放大器的依据。下面介绍几项主要的参数，见表。
集成运算放大器的主要参数
集成运算放大器的主要参数
§3-3 集成运算放大器的基本电路
学习目标
1. 了解理想集成运算放大器的基本概念。 2. 了解集成运算放大器线性工作区和非线性工作区的特性及工作特点。 3. 理解集成运算放大器“虚短”“虚断”的概念。 4. 了解集成运算放大器电路直流平衡电阻的配置。
2. 消除自激振荡集成运算放大器是多级放大器，具有极高的电压放大倍数，但它极易产生自激振荡，使运算放大器不能正常工作。为了防止自激振荡的产生，通常按产品手册要求，在补偿端子上接指定的补偿电容或 RC 移相网络，以便消除自激振荡现象。
四、集成运算放大器的保护电路
1. 防止电源极性接反为了防止电源极性接反而损坏集成运算放大器，可利用二极管的单向导电特性来控制，如图所示，二极管 V1、V2 串入集成电路直流电源电路中，当电源极性接反时，相应的二极管便截止，从而保护了集成电路。防止电源极性接反保护电路

第3章集成运算放大器

第3章集成运算放大器
5/12/2014
Basic of Basic
1
3.1 集成运算放大器的简单介绍
集成电路: 将整个电路的各个元件及连线均制造在
同一块半导体基片上，形成一个不可分割的整体。
集成电路的优点：
工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。
集成电路的分类：
模拟集成电路、数字集成电路；小、中、大、超大规模集成电路；
放大倍数与负载无关。分析多个运放级联组合的线性电路时可以分别对每个运放进行。
(16-16)
运放工作在饱和区的特点
uo Auo (u u )
虚短路不成立：
u u
i i 0 虚开路成立
5/12/2014 (16-17)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2、分析运放组成的线性电路的依据
u–
i–
_
+
+UCC
uo
反相端 u－
u＋同相端
T3 T1 T2
T5
IS -UEE
输入级
中间级输出级
主要提高带负载能力，给出足够的输出电流 5/12/2014io ，输出阻抗 ro小。
(16-10)
运放特点：
ri 大: 几十k 几百 k KCMRR 很大
理想运放： ri KCMRR ro 0 Ao
4. 二极管一般用晶体管的发射结构成。
5/12/2014 (16-4)
集成运放电路的组成
偏置电路：为各级放大电路设置合适的静态工作点。多采用恒流源电路。输入级：常为差分放大电路。要求Ri大， Ad大， Ac小, 输入端耐压高。它有同相和反相两个输入端。中间级：主放大级，常为共射放大电路，多采用复合管。要求有足够的放大能力。输出级：功率级，多采用互补功放电路或射极输出器。要求Ro小，最大不失真输出电压尽可能大。 5/12/2014

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第3章集成运算放大器
3.1 集成运算放大器概述 3.2 运算放大电路中的负反馈 3.3 自激振荡及分析
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第3章集成运算放大器
本章要求
1. 了解集成运放的基本组成及主要参数的意义。 2. 理解运算放大器的电压传输特性，理解理想
运算放大器并掌握其基本分析方法。 3. 掌握集成运放电路中的反馈判断方法。 3. 了解自激振荡的工作原理。
flash
（三极管工作状态）
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1. 镜像电流源
交流电阻
Ro
=
VT IT
由于T2的集电极电流基本不变。所以交流量
IT 0
Ro
= VT IT
一般Ro在几百千欧以上
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1. 镜像电流源
精度更高的镜像电流源由于增加了T3，使
+ uo -
R1
ui
V
R2
－
∞
R3
A +1
+
R5 R6
R4
－∞
+
A 2
+
V
uO
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4.比较方式——串联反馈和并联反馈
串联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的两个电极。有：ud = ui -uf 此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。
并联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一个电极。有：id = ii -if
u–
2. 电压传输特性 uo= f (ui) u+
–+ +
uo
+Uo(sat) uo
线性区：
–UEE
理想特性
线性区
uo = Auo(u+– u–)
实际特性
O
u+– u– 非线性区：
饱和区
u+> u– 时， uo = +Uo(sat)
–Uo(sat)
u+< u– 时， uo = – Uo(sat)
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电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比例。电流反馈：反馈信号的大小与输出电流成比例。
判断方法——负载短路法：假设输出端交流短路（RL=0），即uo=0，若反馈信号消失了，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。
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试判断下列电路中引入的反馈是电压反馈还是电流反馈。
C1
+
Rf
+
R5
R7
uO
ui R 1
－∞
+A +
uo
ui
R1
R6
C4
_
R3
C3
-
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R1
ui
V
R2
－∞
A +
+
+VCC
V
R3 uO
R2
U
+Vcc
R1
U
uO
ui
R2
R4
R1
ui
V
－
∞
R3
A +1
+
－∞
+
A 2
+
V
uO
R5 R6
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3. 取样方式——电压反馈与电流反馈
IC2更加接近IREF
flash
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2. 微电流源
IC2 IE2
VBE1 VBE2 Re2
VBE Re2
由于 VBE 很小，
所以IC2也很小
flash
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3. 多路电流源
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3. 电流源作有源负载
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负反馈的类型
电压串联负反馈
交流反馈负反馈
电压并联负反馈电流串联负反馈电流并联负反馈
直流反馈稳定静态工作点
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3. 负反馈类型的判别步骤
1) 找出反馈网络（一般是电阻、电容）。 2) 判别是交流反馈还是直流反馈？ 3) 判别是否负反馈？ 4) 是负反馈！判断是何种类型的负反馈？
F
Xf Xo
放大倍数比较环节 Xd Xi Xf
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反馈放大电路的方框图
Xi + X–f
Xd 基本放大 Xo
电路A
反馈电路F
净输入信号 Xd Xi Xf
若三者同相，则 Xd = Xi – Xf
可见 Xd < Xi ，即反馈信号起了削弱净输入信号的作用（负反馈）。
和电流反馈。如果反馈信号取自输出电压，叫电压反馈。如果反馈信号取自输出电流，叫电流反馈。
电压负反馈具有稳定输出电压、减小输出电阻的作用。
电流负反馈具有稳定输出电流、增大输出电阻的作用。
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2) 根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。反馈信号与输入信号串联，即反馈信号与输入信号以电压形式作比较，称为串联反馈。反馈信号与输入信号并联，即反馈信号与输入信号以电流形式作比较，称为并联反馈。串联反馈使电路的输入电阻增大，并联反馈使电路的输入电阻减小。
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3.2.1 反馈类型及判别方法
1.直流反馈与交流反馈——注意电容的“隔直通交”作用
试判断下图电路中有哪些反馈支路，各是直流反馈还是交流反
馈？
+Vcc
R2
R4
C2
+
C1
+
R5
R7
uO
ui
R1
R6
C4
_
R3
C3
-
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2.反馈极性：正反馈与负反馈
此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。
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分立元件电路判断反馈类型的口诀：
共发射极电路:
集出为压，射出为流，基入为并，射入为串。
共集电极电路为典型的电压串联负反馈。
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判断电压、电流反馈
共发射极电路
镜像电流源
共射电路的电压增益为：
AV
= Vo Vi
(Rc // RL )
rbe
对于此电路Rc就是镜像电流源的交流电阻，
因此增益为
AV
=
RL
rbe
放大管
比用电阻Rc就作负载时提高了。
end 总目录章目录返回上一页下一页
3.1.3 理想运算放大器及其分析依据
1. 理想运算放大器
+UCC
Auo ， rid ， ro 0 ， KCMR
输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。
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3.1.2 镜像电流源
恒流特性
VBE2 = VBE1 IE2 = IE1
IC2 = IC1 IREF
= VCC VBE VCC
R
R
无论 Rc 的值如何， IC2的电流值将保持不变。
3. 输入失调电压 UIO 3. 输入失调电流 IIO 愈小愈好 5. 输入偏置电流 IIB 6. 共模输入电压范围 UICM
运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值，运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。
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3.2 运算放大器电路中的反馈
一、从一个例子说起
+A +
R1
R2
C2
uo
交流反馈
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3.本级反馈与级间反馈
本级反馈——反馈只存在于某一级放大器中级间反馈——反馈存在于两级以上的放大器中
例
R c1 R b1
+VCC R c2
Cb1
+V
ui
-V
+ u be -
T1 Rf
+
uf
-
R e1
本级反馈
T2 Cb2
+
RL uO
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2 电路的简单说明
反相输入端
u–
+UCC 输出端
u+
uo
同相输入端
输入级中间级输出级 –UEE
输入级：输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信号，都采用带恒流源的差放。
中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的共发射极放大电路构成。
RE
RL
uoRS
– es+–
+ ui
–
通过R+EUCC
将输出电压
反+馈C2到输入
+
Hale Waihona Puke RERL uo–
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反馈放大电路的方框图
净输入信号
Xi +
Xd
输入信号 X–f
输出信号
基本放大 Xo
电路A
反馈信号
反馈电路F
反馈系数
反馈放大电路的三个环节：
基本放大电路