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为了不损坏集成块,在集成运算放大器实验中应注意什么问题
为了不损坏集成块,在集成运算放大器实验中应注意什么问题
我有更好的答案
不要接错电源的极性！静电敏感的集成块在试验中不能用手触摸，或者说需要先洗洗手、 摸摸暖气片子也行。输入信号的幅值要在运算放大器允许的范围之内，不能输入大于其限定的信号。其他的没啥了，有问题可以接着问我
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运算放大器时需要注意的几个重要问题
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以下是我们在使用运算放大器时需要注意的几个重要问题。
1）首先应该好好理解运放的最简模型： 从运放的原理来说，我们可以将运放看成是一个压控电压源，其中，运放的输出由受控电压源提供，而受控电压源的控制电压就是输入端的差分电压，如下图所示：
2）运放输出端的电流约束仍然遵循Kirchhoff电流定律
这里不能认为流过反馈电阻Rf的电流和流过负载电阻RL的电流是相等的，因为电流i是“有机会”流入运放的输出端的，这是由芯片内部的构造决定的，尤其是高精度应用时应该好好提防这一点。 3）使用运放时需要注意由电阻自身杂散电容而产生的影响
这个反向比例运算电路的增益函数如下：
这里，C1会使得频率特性出现尖峰脉冲，而C2会使得高频领域的增益下降，从而导致频率特性恶化！对于一般的低频应用而言，这个因素是可以“视而不见”的，但是如果需要低噪声环境的话，就需要尽量减小Ri和Rf的阻值，因为这样可以减小杂散电容的影响，或者干脆使用高精度的电阻也行，如果开发成本允许的话。 4）对于反馈系数的量化问题不应该含糊：
从这两个图可以看出，虽然他们的增益绝对值是一样的，都是1，说白了这两个电路都可以看作是一个电压跟随器。显然图（b）的负反馈系数要大，性能应该会更好，但是它防止振荡的能力却不如图（a）的电路，因为它对于信号的变化过于“敏感”。所以在实际设计电路时，对于反馈系数的量化问题是不能含糊的，它很大程度地决定了系统的“稳”、“快”、“准”这三个方面。最终的电路设计应该是这三个方面的折中，以此达到传说中的性能最优化。 5）单电源供电时需注意输出电压摆幅的问题：
如上图所示，由于是单电源供电，那么运放的两个输入端必须加有直流偏压，而且为了使电路的输出电压的动态范围最大化，一般要求VP=VN=VCC/2。此外，这里运放的输入、输出端的直流电位不为零，So，需要采用电容（C1、C2）来耦合信号。 6）得注意运放的输入寄生电容：
由于运放的内部结构因素，导致运放具有数pF~数十pF的输入寄生电容，这自然使得运放的稳定性变差了，输入寄生电容会和输入电阻一起形成一个容易被人忽略的LPF，倘若输入信号的频率超过一定值，则就会丢失信息。这个频率值函数为：
为了解决这个问题，一般采用如下电路所示的方法
由于输入寄生电容使得相位滞后，因此可以用超前相位的补偿来防止振荡，上图中的CF有相位超前的作用，有效地解决了寄生电容所带来的问题。通常CF取值要稍大于Ci。 7）需要防止运放进入非线性区，除非该运放用于比较器电路：
这是一个很普通的积分电路。如果输入信号的频率过低的话，则没有反馈回路了，即此时电路处于开环状态，也就意味着运放的电压增益非常大，输出电压将极易进入非线性区，就失去信号放大的意义了。为此，我们可以在电容两端并联一个电阻来加以限制运放的增益。如下图，
8）对于输出电阻应该知道是怎么回事：
对于图（a）来说，输出电阻由R决定，而对于图（b）来说，由于R放在反馈电路内部，所以它的输出阻抗非常低，驱动能力比图（a）所示电路显然要好。 以上只是运算放大器的使用注意事项中的几个点，更多的得需要我们在实践中不断总结，不断积累，以及借鉴前人的经验，只有这样，我们才能更好地认识和运用运算放大器，才有可能把前端信号调理地更好
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集成运算放大器
集成运算放大器（Integrated Operational Amplifier）简称集成运放，是由多级直接耦合放大组成的高增益模拟。
集成运算放大器名称简介
180于381一806鸣80
自从1964年美国仙童公司研制出第一个单片集成运算放大器μA702以来，集成运算放大器得到了广泛的应用，目前它已成为线性集成电路中品种和数量最多的一类。
国标统一命名法规定，集成运算放大器各个品种的型号有字母和阿拉伯数字两大部分组成。字母在首部，统一采用CF两个字母，C表示国标，F表示线性放大器，其后的数字表示集成运算放大器的类型。
它的增益高（可达60~180dB），输入大（几十千欧至百万兆欧），输出电阻低（几十欧），共模抑制比高（60~170dB），失调与飘移小，而且还具有输入电压为零时亦为零的特点，适用于正，负两种极性的输入和输出。
模拟集成电路一般是由一块厚约0.2~0.25mm的P型硅片制成，这种硅片是集成电路的基片。基片上可以做出包含有数十个或更多的BJT或FET、电阻和连接导线的电路。
运算放大器除具有+、-输入端和输出端外，还有+、-供电端、外接补偿电路端、调零端、相位补偿端、公共接地端及其他附加端等。它的闭环放大倍数取决于外接反馈电阻，这给使用带来很大方便。
集成运算放大器组成
集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合放大器，主要由输入、中间、输出三部分组成。输入部分是差动放大电路，有同相和反相两个输入端；前者的电压变化和输出端的电压变化方向一致，后者则相反。中间部分提供高电压放大倍数，经输出部分传到负载。它的引出端子和功能如图所示。其中调零端外接电位器，用来调节使输入端对地电压为零(或某一预定值)时，输出端对地电压也为零(或另一个预定值)。补偿端外接电容器或阻容电路，以防止工作时产生自激振荡(有些集成运算放大器不需要调零或补偿)。供电电源通常接成对地为正或对地为负的形式，而以地作为输入、输出和电源的公共端。
参数 表征集成运算放大器性能的参数有30多个，常用的有以下10种。
1）开环差模电压放大倍数：简称开环增益，表示运算放大器本身的放大能力。一般为50 000～200 000倍。
2）输入失调电压：表示静态时输出端电压偏离预定值的程度。一般为2～10mV(折合到输入端)。
3）单位增益带宽：表示差模电压放大倍数下降到1时的频率。一般在1MHz左右。
4）转换速率(又称压摆率)：表示运算放大器对突变信号的适应能力。一般在0.5V/μs左右。
5）输出电压和电流：表示运放的输出能力。一般输出电压峰值至峰值要比电源电压低1～3V，短路电流在25mA左右。
6）静态功耗：表示无信号条件下运放的耗电程度。当电源电压为±15V时，静态功耗双极型晶体管一般为50～100mW，场效应管一般为1mW。
7）输入失调电压温度系数：表示温度变化对失调电压的影响。一般为3～5μV/℃(折合到输入端)。
8）输入偏置电流：表示输入端向外界索取电流的程度。双极型晶体管一般为80～500nA，场效应管一般为1nA。
9）输入失调电流：表示流经两个输入端电流的差别。双极型晶体管一般为20～200nA，场效应管一般小于1nA。
10）共模抑制比：表示运放对差模信号的放大倍数和对共模信号放大倍数之比。一般为70～90dB。
集成运算放大器分类
集成运算放大器按照集成运算放大器的参数分类
1）、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mA741（单运放）、LM358（双运放）、LM324（四运放）及以为输入
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。
2）、型运算放大器
这类集成运算放大器的特点是差模输入阻抗非常高,输入非常小,一般rid&（109~1012）W,IIB 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 作输入级,不仅输入阻抗高,输入偏置电流低,而且具有高速、宽带和低噪声等优点,
但输入失调较大。常见的集成器件有LF356、LF355、LF347（四运放）及更高输入阻抗的CA3130、CA3140
3）、低温漂型运算放大器
在精密、弱信号检测等自动控制仪表中,总是希望运算放大器的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OP-07、OP-27、AD508
及由MOSFET 组成的斩波稳零型低漂移器件ICL7650 等。
4）、高速型运算放大器
在快速A/D 和D/A 转换器、中,要求集成运算放大器的SR 一定要高,BWG
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
转换速率和宽的频率响应。常见的运放有LM318、mA715 等,其SR=50~70V/ms,BWG&20MHz。
5）、低型运算放大器
由于集成化的最大优点是能使小型轻便,所以随着便携式仪器应用范围的扩大,必须使用
低电源电压供电、低功率消耗的运算放大器相适用。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50~250mA。目前有的产品功耗已达微瓦级,例如ICL7600 的为1.5V,
功耗为10mW,可采用单节电池供电。
6）、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十伏,
输出电流仅几十毫安。若要提高输出电压或增大输出电流,集成运放外部必须要加。高压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，uA791集成运放的输出电流可达1A。
集成运算放大器按外型的封装样式分类
扁平式（即SSOP）
封装的芯片引脚之间距离很小，管脚很细，
一般大规模或超大型集成电路都采用这种封装形式，其引脚数一般在100个以上。用这种形式封装的芯片必须采用SMD（表面安装设备技术）将芯片与主板焊接起来。采用S MD安装的芯片不必在主板上打孔，一般在主板表面上有设计好的相应管脚的焊点。将芯片各脚对准相应的焊点，即可实现与主板的焊接。用这种方法焊上去的芯片，如果不用专用工具是很难拆卸下来的。
PFP（Plastic Flat Package）方式封装的芯片与QFP方式基本相同。唯一的区别是QFP一般为正方形，而PFP既可以是正方形，也可以是长方形。
单列直插式（即SIP）
单列直插式
最适合焊接，DIY友的最爱，因为这种封装的管脚很长，很适合DIY焊接，且比较坚固，不易损坏。
双列直插式（即DIP）
应用最广泛、最多的封装形式。
绝大多数中小规模集成电路(IC)均采用这种封装形式，其引脚数一般不超过100个。采用DIP封装的CPU芯片有两排引脚，需要插入到具有DIP结构的芯片插座上。当然，也可以直接插在有相同焊孔数和几何排列的电路板上进行焊接。
双列直插式
DIP封装的芯片在从芯片插座上插拔时应特别小心，以免损坏引脚。
使用DIP外型的以下好处：
1.适合在PCB(印刷电路板)上穿孔焊接，操作方便。
2.芯片面积与封装面积之间的比值较大，故体积也较大。
Intel系列CPU中8088就采用这种封装形式，缓存(Cache)和早期的内存芯片也是这种封装形式。
集成运算放大器使用要点
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
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,而输出电压的可达正负对称电源电压。
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3.2.1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3.2.1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C3。
2．集成运放的调零问题
由于集成运放的输入失调电压和的影响,当运算放大器组成的输入信号为零时,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。下面以mA741为例,图3.2.2给出了常用调零电路。图3.2.2(a)所示的是内部调零电路;图（b）是外部调零电路。
集成运算放大器基本应用
1、差动输入级 使运放具有尽可能高的及共模抑制比。
2、中间放大级 由多级直接耦合放大器组成，以获得足够高的。
3、输出级 可使运放具有一定幅度的输出电压、输出电流和尽可能小的输出电阻。在输出过载时有自动保护作用以免损坏集成块。输出级一般为互补对称。
4、为各级电路提供合适的静态工作点。为使工作点稳定，一般采用恒流源偏置电路。
集成运算放大器选用
应从实际需要出发，不要盲目追求指标的先进性。
1）如无特殊要求，尽量选通用型和多运放；
2）要注意手册中给出的参数是在某一个特定条件下得出的，如条件改变，有些参数也要随着改变；
3）在实验阶段和工作环境复杂的场合，尽量选带有过压、过流、过热保护的型号。
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中国通信学会
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第五章集成运算放大器
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摘要: 集成运放的使用十分方便。只要在集成运放外部加上合适的电源电压，同时差分输入信号电压不超出规定的范围，其内部恒流源偏置电路会自动保证各级工作在放大状态，并不需要用户设计静态偏置电路，用户只需进行动态设计 ...
集成运放的使用十分方便。只要在集成运放外部加上合适的电压，同时差分输入信号电压不超出规定的范围，其内部恒流源偏置电路会自动保证各级工作在放大状态，并不需要用户设计静态偏置电路，用户只需进行动态设计。但送入运放电路的动态信号不能破坏运放内部晶体管的放大状态，同时要考虑外部输入平衡、提高共模抑制能力，以及防止输出短路和电源反接等措施。
1．差模输入保护
&&&&&&&&运算放大电路的开环放大倍数很大，当工作在开环状态，会因为差模电压过大而损坏。图1是采用限止差模输入幅度的常用保护电路，运放的差模电压被限止在之间。
&&&&&&&&2．共模输入保护
&&&&&&&&运算放大器虽然有很大的共模抑制比，共模放大倍数很小，但并不意味着可以加很大的共模电压。过大的共模电压可能会破坏内部的偏置，导致内部放大电路不能工作在放大状态。为防止这种情况的出现，必须在运放差分输入端加保护电路限止共模电压。图2是限止共模电压的一种方法，图中信号输入端的电压被限止在之间。
&&&&&&&&设计单电源供电的集成运放电路时，则需要在输入端提供一定的直流共模电压。
&&&&&&&&3．电源端和输出端的保护
&&&&&&&&为了防止接入运放的电源极性错误，可以在电源输入端接入具有单向导通特性的二极管实现保护。图3中的二极管(f82)可以防止由于电源极性接反造成运放的损坏。当电源极性接反时，因均不导通，运放无法工作。
&&&&&&&&图3中的电阻R可以限止运放的输出电流，防止因输出短路可能造成运放损坏的现象。
&&&&&&&&4．平衡电阻
&&&&&&&&为了减少失调电压和失调电流的影响，同相输入端的等效直流电阻和反相输入端的等效直流电阻必须相等。如图4中的就是平衡电阻，其取值必须满足。
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