OP放大器電路及應(yīng)用

前言

　　在現(xiàn)代電子技術(shù)領(lǐng)域，OP放大器作為高性能、多用途、小信號(hào)的電壓放大器得到了廣泛應(yīng)用，其相關(guān)知識(shí)已成為電子領(lǐng)域從業(yè)人員必備的專業(yè)基礎(chǔ)。從學(xué)校教科書到學(xué)者論文專著，均具有廣泛而深入的論述。然而，對(duì)于工作在設(shè)計(jì)與生產(chǎn)第一線的技術(shù)人員，在工作實(shí)踐中還是會(huì)遇到種種問題，這些問題難以用理想運(yùn)放的概念解釋處理，看似簡單的OP放大器其實(shí)并不是容易操控的小玩具。究其原因，無非是運(yùn)放內(nèi)部的復(fù)雜性和使用環(huán)境的復(fù)雜性所致。這種客觀存在的復(fù)雜性與教科書中論述的運(yùn)放的理想特性差距甚大，而且在很多應(yīng)用場合不容忽視。不能否定的是，對(duì)O放大器非理想特性的分析在理論上是相當(dāng)復(fù)雜的問題。本書試圖在有限的理論分析的基礎(chǔ)上將OP放大器的幾種典型應(yīng)用領(lǐng)域中的實(shí)際問題作一些剖析，提出解決實(shí)際運(yùn)放應(yīng)用中的一些具體問題的基本思路和方法，并提供了大量實(shí)用電路，希望能對(duì)讀者有所裨益?！　】紤]到運(yùn)放基本概念的重要性，本書第1章首先介紹了OP放大器的一般概念、特性和參數(shù)。這些知識(shí)對(duì)使用者而言，無論如何都是必不可少的，也是非常具有實(shí)用價(jià)值的。在此基礎(chǔ)上，討論了非理想運(yùn)放的等效模型、輸入失調(diào)以及溫漂的處理方法、噪聲的抑制和防止運(yùn)放工作中產(chǎn)生自激的措施等實(shí)用知識(shí)。在后續(xù)的章節(jié)中，按OP放大器的幾種典型應(yīng)用分別介紹了反相應(yīng)用、同相應(yīng)用、差動(dòng)應(yīng)用、非線性函數(shù)、振蕩與波形發(fā)生、電壓比較等領(lǐng)域的應(yīng)用問題。各章內(nèi)容基本上都是按典型電路、基本特性、存在問題、實(shí)用電路和工程實(shí)際問題的處理方法這樣的思路層層展開，對(duì)所述電路以盡量簡明的理論分析作必要的說明，重點(diǎn)還是在實(shí)用中可能遇到的問題以及解決問題的思路與方法。多數(shù)電路經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證。電子技術(shù)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，也是工程技術(shù)，所有的理論都能經(jīng)受實(shí)踐的考核。而理論結(jié)合實(shí)踐，一面學(xué)習(xí)、一面實(shí)踐也是學(xué)習(xí)電子技術(shù)的最佳方法，讀者不妨對(duì)書中所述電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題，學(xué)習(xí)提高，應(yīng)該能夠有所收獲。　　隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，許多原本是OP放大器擔(dān)任的工作正在被專用集成電路取代，從知識(shí)延伸、拓展視野的角度，本書介紹了一些專用集成電路如儀用放大器、函數(shù)發(fā)生器、比較放大器等電路的相關(guān)知識(shí)，具有一定的實(shí)用價(jià)值。　　本書內(nèi)容偏重于0P放大器的實(shí)際應(yīng)用，涉及的也是最基本的幾類常規(guī)應(yīng)用電路，對(duì)各種運(yùn)放應(yīng)用中的理論分析按“必需”、“適度”的原則進(jìn)行講解。本書通俗易懂，解決實(shí)際問題。深度廣度或許未能滿足讀者所需，敬請(qǐng)見諒。書中若有謬誤不當(dāng)之處，懇請(qǐng)讀者賜教斧正。

內(nèi)容概要

本書系“實(shí)用電子技術(shù)叢書”之一。本書主要對(duì)OP放大器在實(shí)際應(yīng)用中的一些具體問題以及相關(guān)實(shí)用電路進(jìn)行了分析、講解。用一章的篇幅介紹集成運(yùn)放的相關(guān)概念、主要參數(shù)和應(yīng)用常識(shí)，以及一些普遍性問題的解決方法。其他七章分別討論OP放大器在反相應(yīng)用、同相應(yīng)用、差動(dòng)應(yīng)用、微積分電路、非線性函數(shù)、電壓比較、振蕩電路中的各種應(yīng)用電路。以基本電路、工作原理、存在問題、實(shí)用電路和擴(kuò)展應(yīng)用的思路逐步深入。  　本書適合具有一定設(shè)計(jì)或應(yīng)用OP放大電路基礎(chǔ)的電子技術(shù)人員或電子愛好者使用，也能作為高等院校電子及其相關(guān)專業(yè)師生的參考讀物。本書對(duì)在校學(xué)生參與電子競賽等創(chuàng)新活動(dòng)有重要參考價(jià)值。

書籍目錄

第1章 集成運(yùn)放應(yīng)用基礎(chǔ) 　1.1 集成運(yùn)放的組成 　　1.1.1 集成運(yùn)放的基本構(gòu)成 　　1.1.2 集成運(yùn)放的表示符號(hào)與引腳功能 　1.2 集成運(yùn)放的主要參數(shù) 　　1.2.1 直流參數(shù) 　　1.2.2 交流參數(shù) 　　1.2.3 集成運(yùn)放的分類 　1.3 集成運(yùn)放的等效模型 　　1.3.1 理想運(yùn)放 　　1.3.2 實(shí)際運(yùn)放模型 　1.4 實(shí)際運(yùn)放 　　1.4.1 運(yùn)算誤差 　　1.4.2 調(diào) 零 　　1.4.3 噪 聲 　1.5 集成運(yùn)放的自激與補(bǔ)償 　　1.5.1 集成運(yùn)放的自激 　　1.5.2 集成運(yùn)放的相位補(bǔ)償 　　1.5.3 造成運(yùn)放工作不穩(wěn)定的其他因素 第2章 反相放大電路的原理與應(yīng)用 　2.1 基本反相輸入應(yīng)用電路 　　2.1.1 基本反相放大電路 　　2.1.2 高精度反相放大電路 　　2.1.3 高輸入阻抗反相放大電路 　　2.1.4 反相放大器的實(shí)際特性 　2.2 加法運(yùn)算電路 　　2.2.1 反相輸入加法運(yùn)算電路 　　2.2.2 實(shí)際應(yīng)用中的瞬態(tài)響應(yīng)問題 　　2.2.3 使用高速運(yùn)放 　　2.2.4 進(jìn)行超前補(bǔ)償 　2.3 電流—電壓轉(zhuǎn)換 　　2.3.1 I／V轉(zhuǎn)換電路 　　2.3.2 微電流轉(zhuǎn)換技術(shù) 　　2.3.3 V／I轉(zhuǎn)換電路 第3章 同相放大電路的原理與應(yīng)用 　3.1 基本同相輸入放大電路 　　3.1.1 同相放大器的基本特點(diǎn) 　　3.1.2 基本電路 　　3.1.3 同相放大器的實(shí)際特性 　　3.1.4 同相放大器的實(shí)際問題 　3.2 同相放大電路中的自舉技術(shù) 　　3.2.1 阻容耦合的電壓跟隨器 　　3.2.2 阻容耦合同相交流放大器 　3.3 同相輸入加法器 　　3.3.1 同相輸入加法器 　3.4 同相放大電路的系統(tǒng)技術(shù) 　　3.4.1 同軸電纜的分布電容處理 　　3.4.2 脈沖放大器的增益：微調(diào) 　　3.4.3 高壓輸出電壓跟隨器 　　3.4.4 輸入端微電流保護(hù) 第4章 差動(dòng)放大電路的原理與應(yīng)用 　4.1 基本差動(dòng)放大電路 　　4.1.1 差動(dòng)放大電路的基本特點(diǎn) 　　4.1.2 基本差動(dòng)放大電路 　4.2 實(shí)用差動(dòng)放大電路 　　4.2.1 不受信號(hào)源阻抗影響的差動(dòng)放大電路 　　4.2.2 高輸入阻抗型差動(dòng)放大電路 　　4.2.3 增益可變的高輸入阻抗型差動(dòng)放大器 　　4.2.4 反相輸入型差動(dòng)放大器 　　4.2.5 三運(yùn)放儀用放大器 　4.3 集成儀用放大器INA114 　　4.3.1 引腳與封裝 　　4.3.2 主要電氣參數(shù) 　　4.3.3 基本接法與增益 　　4.3.4 噪聲特性 　　4.3.5 失調(diào)／偏移的修正 　　4.3.6 輸入共模范圍 　　4.3.7 輸入保護(hù) 　　4.3.8 輸出檢測(cè)(僅適用于SOL.16封裝) 　　4.3.9 應(yīng)用舉例 　4.4 差動(dòng)放大電路應(yīng)用中的幾個(gè)問題 　　4.4.1 消除噪聲 　　4.4.2 偏置電路 　　4.4.3 動(dòng)態(tài)范圍 　　4.4.4 輸入電纜 第5章 集成運(yùn)放在微分、積分電路中的應(yīng)用 　5.1 基本積分電路以及理想特性 　　5.1.1 反相積分器 　　5.1.2 同相積分器 　　5.1.3 差動(dòng)積分器 　　5.1.4 其他類型的積分電路 　5.2 積分運(yùn)算電路的誤差 　　5.2.1 輸入失調(diào)電壓與電流的影響 　　5.2.2 增益與帶寬的影響 　　5.2.3 電容特性的影響 　　5.2.4 輸出動(dòng)態(tài)范圍的影響 　　5.2.5 輸入端漏電流的影響 　5.3 微分運(yùn)算電路 　　5.3.1 基本微分器和理想微分特性 　　5.3.2 改進(jìn)型微分電路 　　5.3.3 比例微分電路 　　5.3.4 差動(dòng)微分電路 　5.4 積分微分電路的應(yīng)用 　　5.4.1 電感模擬器 　　5.4.2 電容倍增電路 　　5.4.3 V／F變換器和F／V變換器 第6章 集成運(yùn)放基于非線性元件的應(yīng)用 　6.1 對(duì)數(shù)與反對(duì)數(shù)運(yùn)算 　　6.1.1 對(duì)數(shù)運(yùn)算電路 　　6.1.2 反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路 　6.2 限幅電路 　　6.2.1 穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的限幅器 　　6.2.2 二極管限幅電路 　　6.2.3 輸入回路的二極管限幅電路 　6.3 二極管絕對(duì)值與線性檢波電路 　　6.3.1 二極管檢波器 　6.4 峰值檢測(cè)與保持電路 　　6.4.1 峰值檢測(cè)器的工作原理 　　6.4.2 實(shí)用峰值檢測(cè)器 　　6.4.3 低漂移峰值保持電路 第7章 集成運(yùn)放在電壓比較器中的應(yīng)用 　7.1 比較器的主要特性與運(yùn)放的選擇 　7.2 單門限電位比較器 　7.3 滯回比較器 　7.4 窗孔比較器 　　7.4.1 用集成運(yùn)放構(gòu)成的窗孔比較器 　　7.4.2 用集成比較器構(gòu)成的窗孔比較器 　7.5 電壓比較器的應(yīng)用 　　7.5.1 提高電壓比較器的可靠性 　　7.5.2 電壓比較器的應(yīng)用電路 第8章 集成運(yùn)放在振蕩電路中的應(yīng)用 　8.1 振蕩電路的種類與應(yīng)用 　8.2 正弦波振蕩電路 　　8.2.1 正弦波振蕩電路的原理 　　　　8.2.2 RC振蕩器 　8.3 多諧振蕩器 　　8.3.1 多諧振蕩器的概念 　　8.3.2 使用滯回比較器構(gòu)成方波振蕩器 　　8.3.3 占空比可調(diào)的方波振蕩器 　　8.3.4 其他波形發(fā)生器 　8.4 定時(shí)電路 　　8.4.1 單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器 　　8.4.2 長時(shí)間延時(shí)器 　　8.4.3 數(shù)字電路中的接口 　　8.4.4 單電源振蕩器與定時(shí)電路 　8.5 專用函數(shù)發(fā)生器

章節(jié)摘錄

　　12.跨導(dǎo)型　　跨導(dǎo)型是利用輸入電壓來控制輸出電流的集成運(yùn)放，跨導(dǎo)可以通過外加通過外加偏置的方法來改變，輸出電流能夠在很寬范圍內(nèi)變化。主要產(chǎn)品F3401、MC；3401、LM3900等?！　?3.程控型　　程控型集成運(yùn)放能用外部電路控制其工作狀態(tài)。這種集成運(yùn)放當(dāng)偏置電流值改變時(shí)，它的參數(shù)也將隨之變化，使用靈活，特別適用于測(cè)量電路?！　?4.組件型組件型　　集成運(yùn)放時(shí)利用單片式集成電路和分立元件組合成的一種具有獨(dú)特性能的電路，其電氣性能可遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過同類型的產(chǎn)品，因此是一種品種發(fā)展很快而又具有廣闊前景的一類電路。比較常見的品種有：低漂移集成運(yùn)放組件ZF03、OP3等，比普通低漂移集成運(yùn)放的失調(diào)電壓低一個(gè)數(shù)量級(jí)，廣泛用于直流微弱信號(hào)的放大，如各種低漂移傳感器的前置放大。靜電型放大器ZF310J、AD310J等，其輸入偏流極小，與MoS型場效應(yīng)管相比擬，廣泛用于離子流檢測(cè)、微電流放大器、電流／電壓變換器、長周期保持電路、高輸入阻抗緩沖放大器等。數(shù)據(jù)放大器采用兩個(gè)低漂移運(yùn)放作為差分輸入級(jí)，然后將其輸出信號(hào)加到差分放大器的第三只運(yùn)放上進(jìn)行放大后輸出信號(hào)，其閉環(huán)增益固定為10倍、100倍、1000倍等。也可用外接的電位器進(jìn)行調(diào)整，它的失調(diào)電壓溫漂小，共模抑制比高，廣泛用于儀器表中做前置放大器，主要產(chǎn)品有AD605等?！　∵\(yùn)放的品種繁多，價(jià)格差異也很大，在使用中選擇集成運(yùn)放不能貪圖高性能，其實(shí)某種性能突出，其他參數(shù)可能就會(huì)有欠缺。如高阻抗型集成運(yùn)放，多采用MOS管作為輸入級(jí)，其輸入阻抗很高，但噪聲系數(shù)、失調(diào)電壓等參數(shù)就不夠理想；低功耗型運(yùn)放的功耗很小，但同時(shí)轉(zhuǎn)換速率、帶寬等性能指標(biāo)就略差一點(diǎn)。而且，不恰當(dāng)?shù)剡x用高性能的集成運(yùn)放，不僅不會(huì)提高系統(tǒng)的整體性能，甚至可能破壞系統(tǒng)的工作條件，如在低頻應(yīng)用系統(tǒng)中選用高速型運(yùn)放，會(huì)給系統(tǒng)帶來穩(wěn)定性的問題；高阻抗、高精度運(yùn)放在PcB的設(shè)計(jì)、信號(hào)引入方式等有特殊要求，如果沒有滿足相應(yīng)的條件，輸入端的漏電會(huì)引入很大的噪聲，甚至風(fēng)的吹拂都會(huì)造成輸出波動(dòng)。因此，集成運(yùn)放的選擇一定從實(shí)際需要出發(fā)。

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