【正文】 保持、高頻振蕩及波形發(fā)生器設(shè) ? (6) 對于要求低功耗使用場合應(yīng)選低功耗型。 ? (7) 設(shè)計放大器需要自動穩(wěn)零時，應(yīng)選擇自動調(diào)零型運算放大器器件。 上一頁 下一頁 六、 運算放大器應(yīng)用性能擴(kuò)展技術(shù) ? 在應(yīng)用放大電路設(shè)計中，根據(jù)綜合檢測性能比和設(shè)計要求等多種因素，已經(jīng)選定運算放大器型號以后，還可以利用相關(guān)技術(shù)，設(shè)計輔加電路，提高運算放大器性能以滿足使用上更為廣泛的需求。 ? 1. 提高輸出電壓電路設(shè)計 ? 放大器的輸出電壓幅度在額定工作電壓 177。 15V條件下，一般只有 177。 10V左右，要想得到更大的輸出電壓可外加輔助電路得到，如圖 417是一種常見的方法。 ? 浮動的正、負(fù)供電電壓，相當(dāng)于在輸入端也加了一個浮動的共模電壓，電路的輸出幅度受運放共模電壓范圍限制，其最大輸出幅度接近等于運放本身的輸出幅度與它的共模電壓范圍之和。 ? 圖 418提供的另一種擴(kuò)展輸出幅度的電路。輸出電壓的擴(kuò)展方法是利 上一頁 下一頁 圖 417 輸出電壓擴(kuò)展電路圖 上一頁 下一頁 圖 418 單極性輸出電壓擴(kuò)展電路圖 上一頁 下一頁 ? 2. 提高輸出電流電路設(shè)計 ? 運算放大器本身輸出電流一般為 5mA 左右，當(dāng)驅(qū)動揚聲器、開關(guān)器件、電機(jī)等負(fù)載時，需要增大輸出電流的能力。 ? 最簡單的辦法是運算放大器輸出端接射極跟隨器，如圖 419為互補(bǔ)雙向輸出式電流擴(kuò)大電路，工作在 B類狀態(tài)，輸出電流可大于 1A。如圖420為單向輸出電流擴(kuò)大電路，輸出電流大于 100mA，可提高帶負(fù)載能力。 上一頁 下一頁 圖 419 雙向輸出式電流擴(kuò)大電路圖 上一頁 下一頁 圖 420 單向輸出電流擴(kuò)大電路 上一頁 下一頁 ? 3. ? 在微弱信號、電荷量信號、高運算精度的放大信號電路中，要求運算放大器具有 109～ 1012Ω 的輸入電阻。在不能獲得高阻抗運放的情況下，可選配一對場效應(yīng)管作為運放的輸入緩沖級，以提高輸入阻抗，電路如圖 421所示，電路的設(shè)計關(guān)鍵是 FET管參數(shù)配對和工作點的選擇。使用 FET要求工作在該管子的零溫度系數(shù)電流值，其中 T T2零溫度系數(shù)電流要一致， T3零溫度系數(shù)電流應(yīng)等于 T T2和 T4 FET的零溫度系數(shù)電流可用計算法或?qū)嶒灧ㄇ蟮?，用?jīng)驗公式計算零溫度系數(shù)電流為： ? 提高輸入電阻方法之二為自舉電路法，電路的基本原理是利用輸出電流反饋輸入，以補(bǔ)償信號源所需提供給 R1的電流，如圖 422所示。 上一頁 下一頁 D S SPD S O IVI2)(?圖 421 緩沖法提高輸入電阻電路 上一頁 下一頁 圖 422 自舉法提高輸入電阻 上一頁 下一頁 ? 4. ? 圖 423是提高共模抑制比的電路原理圖，圖為共源 共柵串接電路。共柵電路的特點之一是輸出電阻比共源電路約大一個數(shù)量級，相當(dāng)于提高了恒流源的共模阻抗，此外將共柵對管的柵極和共源對管的源極短接，使 T T4對管有自舉作用，兩種綜合結(jié)果，可使運算放大器的共模抑制比達(dá)到 120dB ? 5. ? 減小溫度漂移的方法很多，比較簡便的方法可采用“同特性運放組合補(bǔ)償法”，這種方法可使零點漂移系數(shù)下降到 2～ 3μ V/℃ 以下。如要得到更低的溫漂，通常采用斬波穩(wěn)零式放大器。它有經(jīng)典式和動態(tài)校零式兩種方法，圖 424為動態(tài)校零式的原理圖。 上一頁 下一頁 圖 423 提高共模抑制比電路 上一頁 下一頁 圖 424 動態(tài)校零式低漂移放大器電路 上一頁 下一頁 ? 6. ? 運算放大器在工作中如果發(fā)生不正常的工作條件，而事先沒有采取保護(hù)措施，電路就將損壞。運算放大器的安全保護(hù)主要有三個方面：電源故障保護(hù)、輸入保護(hù)和輸出保護(hù)。 ? (1) 電源故障保護(hù)。電源常見故障是電源反接和電壓跳變。電源反接保護(hù)可采用如圖 425所示電路。 ? 電源電壓跳變，多發(fā)生在電源的接通和斷開的瞬間。性能不好的穩(wěn)壓電源，在電壓建立或消失時出現(xiàn)的電壓過沖，可能比正常的穩(wěn)定電壓高幾倍。如圖 426所示，為一種電源電壓突變保護(hù)電路，它采用 FET電流源和穩(wěn)壓管箝位，穩(wěn)壓管擊穿電壓大于運算放大器正常工作電壓，但小于運算放大器的極限電壓， FET呈現(xiàn)為小電阻，它和電容器構(gòu)成濾波網(wǎng)絡(luò)。 上一頁 下一頁 圖 425 電源反接保護(hù)電路 上一頁 下一頁 圖 426 電源電壓突變保護(hù)電路 上一頁 下一頁 ? (2) 輸入保護(hù)電路設(shè)計。運放輸入過載引起電路損壞分兩種情況：一是差模電壓過高，二是共模電壓過高而超出運放設(shè)計的極限范圍。電路的損壞都發(fā)生在運放進(jìn)入飽和以后。 ? 產(chǎn)生哪一種過載情況的可能性大和應(yīng)用電路有關(guān)，如開環(huán)應(yīng)用時容易產(chǎn)生差模電壓過大，壓隨器應(yīng)用時容易產(chǎn)生共模電壓過大，積分器應(yīng)用時輸入端容易引起瞬態(tài)高壓。如圖 427為防止差模 ? 電壓過大的保護(hù)電路。圖 428中為防止共模電壓過大的保護(hù)電路，箝位二極管接一恒定電壓，電壓值略小于運放共模電壓值。 ? (3) 輸出保護(hù)電路設(shè)計。運放有可能出現(xiàn)過載、輸出端對地短路、輸出端誤碰電源端或外殼等幾種情況，因而需要輸出保護(hù)。運放正常工作電流一般小于 10mA，極限電流為 20mA。 ? 目前一般采用正外延 PN結(jié)隔離工藝，外殼已接負(fù)電源，是處于最低電位，使用中應(yīng)注意上述要求和特點?，F(xiàn)在很多品種的運放內(nèi)部設(shè)有保護(hù)電路，如 F007的輸出保護(hù)性能比較良好。在一些對輸出保護(hù)有重要意義的場合，也可外加保護(hù)電路。如圖 429提供了兩種輸出保護(hù)電路。圖 429（ a）中 FET與正向偏置的二極管構(gòu)成電流源，起雙向限流輸出保護(hù)作用。 上一頁 下一頁 圖 427 差模電壓過大保護(hù)電路 上一頁 下一頁 圖 428 共模電壓過大保護(hù)電路 上一頁 下一頁 上一頁 下一頁 圖 429 輸出保護(hù)電路 ? 7. ? 優(yōu)良的整機(jī)性能，除了要有高性能的運算放大器和其他元件外，運算放大器在印刷板上的安裝工藝，對其性能的影響也很大，尤其是對高速、高阻、低漂移性能的運放，如電路板制作不良也不能發(fā)揮器件的 ? (1) 電源的交流旁路問題。電源在沒有加旁路電容時，在高頻情況下，電源線與地線的阻抗不能忽略，它對于輸出級晶體管和負(fù)載是串聯(lián)接入時，成為運放的負(fù)載，這樣輸出級信號將通過電源的耦合反饋到輸入級。 ? (2) 輸入漏電流的隔離問題。當(dāng)用高輸入阻抗運放對微弱信號進(jìn)行放大時，輸入端和電源端之間的電壓差將產(chǎn)生漏電流，沿電路板表面流入輸入端，即電路板本身作為漏電流通路降低了運放的輸入阻抗。 ? (3) 接地問題。在一個運放電路中存在信號源地、放大器地、電源地、負(fù)載地等，而在電子系統(tǒng)中還將存在各單元地和整機(jī)地等，因此接地問題是很重要的，如接地不當(dāng)會形成大面積電回路，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的性能。在一個運放電路中要求只有一個接地點，通常是在運放的輸入端接地，如果做不到這一點，將形成接地回路，回路中的感應(yīng)電流產(chǎn)生輸入誤差信號，如圖 430所示，為了抑制接地干擾信號，采用差動輸入式。 上一頁 下一頁 圖 430 接地不當(dāng)形成地回路 上一頁 下一頁 ? (4) 屏蔽問題。在高阻抗交流電路應(yīng)用中，干擾信號很容易通過電容耦合或電感耦合流入運放的輸入端。 ? 如圖 431的反相放大電路，設(shè)輸入信號 Vs=100mV，輸入電 R1=1MΩ ，則僅 1011Ω 的耦合阻抗，在 200 V交流源的作用下，將引入輸入信號的 2％的噪聲干擾，而這樣的耦合阻抗只要 50 Hz的條件下即可產(chǎn)生。這種干擾一般可用屏蔽方法防護(hù)，對于容性耦合可采用接地的靜電屏蔽罩把運放包圍。 ? (5) 抗電源干擾方法。集成器件在工作中，極容易受電源干擾的影響。電壓中的脈沖干擾就可導(dǎo)致工作不正常，解決方法是在所用的集成器件供電電源兩端并用 1～ F電容，可以提高抗電源干擾的作用。 ? (6) 輸入干擾抑制方法。輸入端并電容法消除高頻干擾信號，根據(jù)實驗確定電容值。 上一頁 下一頁 圖 431 噪聲干擾示意圖 上一頁 返回 第三節(jié) ? 一、 ? 1. ? 圖 432所示是一個壓力（溫度、位移、水位）檢測顯示控制電路圖，工作原理是：壓力傳感器檢測信號經(jīng)電橋轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出，由 K1放大器放大輸出，再由 K2放大器放大輸出由數(shù)字表顯示檢測結(jié)果。另一路控制信號，大于設(shè)定值時， DW1導(dǎo)通控制電路工作實現(xiàn)了報警控制或其他控制功能。 ? 2. ? (1) ? ① 檢測壓力 0～ ，大于 1MPa報警控制 ? ② 檢測精度小于 ? ③ 數(shù)字顯示記錄檢測壓力值 ? ④ 控制電壓 18V 上一頁 下一頁 圖 432 檢測顯示控制電路 上一頁 下一頁 ? （２） ? Usr=50mV， U1=3V， Ｕ 2=8V， R2=R5=2kΩ ， R1=3kΩ ? （３） 電路參數(shù)計算 ? (4) ? ① Uyy1型 ? ② 數(shù)字電壓表 41/2DT9508 ? ③ RJ13 ? ④ F007或 μ F741，三極管選用 9013 ? ⑤ D1采用 2CP系列二極管， DW1采用低穩(wěn)壓元件 2CW系列 上一頁 下一頁 二、 多路電壓信號輸出電路設(shè)計 ? ? 1. ? 圖 433所示放大電路是復(fù)雜信號單路輸入，多路信號輸出式放大器，應(yīng)用于發(fā)動機(jī)試驗復(fù)雜信號檢測中，分別輸出交流信號、直流電壓信號、小電壓信號。 ? 2. ? (1) 交流放大電路設(shè)計：交流放大電路由 K K2和功放電路組成 ? (2) 直流放大電路設(shè)計：直流放大電路由 K1， K3放大電路組成 ? (3) 小信號放大電路設(shè)計： 小信號放大電路由 K1， K4放大電路組成 上一頁 下一頁 圖 433 多路輸出信號放大電路 上一頁 返回 第四節(jié) 計算機(jī)輸出接口電路設(shè)計 ? 一、 信號轉(zhuǎn)換電路設(shè)計 ? 信號轉(zhuǎn)換電路是把輸入的小信號通過電路轉(zhuǎn)換為大信號輸出，再去實現(xiàn)控制。 ? 電路設(shè)計如 圖 434所示。 ? 1. ? 信號轉(zhuǎn)換電路工作原理是 : 計算機(jī)輸出的控制信號由 8253輸出方波電壓信號最大值 V，電流小于 5mA 。當(dāng)控制信號 Uk輸入到信號轉(zhuǎn)換電路時，電路設(shè)計成飽和或截止?fàn)顟B(tài)下工作。當(dāng) Uk等于 時， T1飽和， T2截止輸出高電壓 Uo；當(dāng) Uk等于零電壓時， T1截止，T2飽和輸出低電壓，在輸入控制方波信號作用下，信號轉(zhuǎn)換電路輸出波形電壓