1lm324应用实例

*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,LM324,四运放电路,具有电源电压范围宽,静态功耗小，可单电源使用,价格低廉等优点,因此被广泛应用在反相交流放大器、同相交流放大器、测温电路、比较器等各种电路中。,1 LM324,简介,VCC,GND,GND,为接地端，,V,CC,为电源正极端（,6V,），,每个运放的反相输入端、同相输入端、输出端均有编号。例如，,等等。,端及输出端。依此类推， 、 、 是表示,2,号运放器的，,、 、 分别表示,1,号运放的反相输入端、同相输入,VCC,GND,一、开环差模电压增益,A,od,无外加反馈情况下的直流差模增益。一般在,10,5,10,7,之间。理想运放的,A,od,为,。,二、共模抑制比,K,CMR,集成运放的,主要,技术指标,开环差模电压增益与开环共模电压增益之比。多数集成运放共模抑制比达,80dB,以上。,理想运放工作在线性区时的特点,O,u,u,+,u,o,A,od,i,-,i,+,电压传输特性,集成运放的电压和电流,u,o,u,i,+U,OPP,-,U,OPP,线性放大区,非线性区,u,o,u,i,+U,OPP,-,U,OPP,线性放大区,非线性区,Aod,越大，运放的线性范围越小，必须加负反馈才能使其工作于线性区。,u,o,=,A,od,(,u,+,u,),1,、,差模输入电压约等于零,即,u,+,= u,称,“,虚短,”,2,、 输入电流约等于零,即,i,+,= i, 0 ,称,“,虚断,”,理想运放工作在非线性区时的特点,1,、输出电压有两种可能,当,当,时,时,2,、输入电流,在非线性区，虽然运放,两个输入端的电压不相等，即 ， 但理想运放 。,+U,OM,u,O,u,+,-,u,-,O,-,U,OM,理想特性,集成运算放大器的使用要点,1,集成运放的电源供给方式,集成运放有两个电源接线端,+V,CC,和,-V,EE,，,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,+V,CC,和,-V,EE,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，而输出电压的振幅可达正负对称电源电压。,（,2,）单电源供电方式,单电源供电是将运放的,-V,EE,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。对于图交流放大器，静态时，运算放大器的输出电压近似为,V,CC,/2,，,为了隔离掉输出中的直流成分,接入,电容,C,3,。,集成运算放大器的放大原理,反相比例运算放大器,R,F,R,1,R,P,V,i,V,o,i,1,i,2,i,1,=,i,2,同相比例运算放大器,R,F,i,2,R,1,R,P,V,i,V,o,i,1,差分比例运算电路,图,差分比例运算电路,在理想条件下，由于,“,虚断,”,，,i,+,=,i,-,= 0,由于,“,虚短,”,，,u,+,=,u,-,，,所以：,电压放大倍数,差模,输入电阻,R,if,= 2,R,1,反相求和运算电路,由于,“,虚断,”,，,i,-,= 0,所以：,i,1,+,i,2,+,i,3,=,i,F,又,因,“,虚地,”,，,u,-,= 0,所以：,当,R,1,=,R,2,=,R,3,=,R,时，,积分运算电路,由于,“,虚地,”,，,u,-,= 0,，,故,u,O,=,-,u,C,由于,“,虚断,”,，,i,I,=,i,C,，,故,u,I,=,i,I,R,=,i,C,R,得：,=,RC,积分时间常数,积分电路的输入、输出波形,(,一,),输入电压为阶跃信号,图,6.3.2,t,0,t,1,t,u,I,O,t,u,O,O,U,I,当,t,t,0,时，,u,I,= 0,，,u,O,= 0,；,当,t,0,t,1,时，,u,I,= 0,，,u,o,保持,t,=,t,1,时的输出电压值不变。,即,输出电压随时间而向负方向直线增长。,问题：如输入波形为方波，输出波形为何波？,-,三角波,(,二,),输入电压为正弦波,t,u,O,O,可见，输出电压的相位比输入电压的相位领先,90,。,因此，此时积分电路的作用是,移相,。,t,u,I,O,U,m,注意：为防止低频信号增益过大，常在电容上并联电阻。,微分运算电路,基本微分电路,由于,“,虚断,”,，,i,-,= 0,，故,i,C,=,i,R,又由于,“,虚地,”,，,u,+,=,u,-,= 0,可见，输出电压正比于输入电压对时间的微分。,实现波形变换，如将方波变成双向尖顶波，,将三角波变成方波,微分电路的作用：,微分电路的作用有移相 功能。,2.,实用微分运算电路,基本微分运算电路在输入信号时，集成运放内部的放大管会进入饱和或截止状态，以至于即使信号消失，管子还不能脱离原状态回到放大区，出现,阻塞现象,。,图,7.2.19,实用微分运算电路,图,7.2.20,微分电路输入、输出波形分析,LM324,作反相交流放大器,代替晶体管进行交流放大,用于扩音机前置放大等。电路无需调试。,放大器电压放大倍数,Av=-,Rf,/,Ri,。,VCC,LM324,作测温电路,感温探头采用一只硅三极管,3DG6,。运放,A,1,连接成同相直流放大形式，温度越高，晶体管,BG,1,压降越小，运放,A,1,同相输入端的电压就越低，输出端的电压也越低。这是一个线性放大过程。在,A,1,输出端接上测量或处理电路，便可对温度进行指示或进行其它自动控制。,集成运放使用中的几个具体问题,1.,集成运放参数的测试,集成运放组件的各项指标通常是由专用仪器进行测试的，但也可用简易测试方法进行测试，主要测试的内容包括：输入失调电压,U0S,、输入失调电流,I0S,、开环差模放大倍数,Aud,、共模抑制比,CMRR,、共模输入电压范围,Uicm,、输出电压最大动态范围,UOPP,等,2,集成运放的调零问题,由于集成运放的输入失调电压和输入失调电流的影响，,当运算放大器组成的线性电路输入信号为零时，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,m,A741,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。,内部调零电路,外部调零电路,3,使用中可能出现的异常现象,不能调零,.,调零电位器故障；,.,应用电路接线有误或有虚焊；,.,反馈极性接错或负反馈开环；,.,集成运放内部损坏；,.,关断电源后重新接通即可恢复是 输入信号过大而造成,“,堵塞,”,现象,原因,:,方法：将输入端短路接地，调整调零电位器，使输出电压为零。,漂移,现象严重,存在虚焊点,运放产生自激振荡或受强电磁场干扰,集成运放靠近发热元件,输入回路保护二极管受光照射,调零电位器滑动端接触不良,集成运放本身损坏或质量不合格等,原因：,集成运放的自激振荡问题,运算放大器是一个高放大倍数的多级放大器，在,接成深,度负反馈条件下，很容易产生自激振荡。为使,放大器,能稳定的工作，就需外加一定的频率,补偿,网络，以消除自激振荡。图,3.2.3,是相位补偿的使用电路。,另外，防止通过电源内阻造成低频振荡或高频振荡的措施是在集成运放的正、负供电电源的输入端对地一定要分别加入一电解电容（,10,m,F,）,和,一高频,滤波电容（,0.01,m,F0.1,m,F,）。,如图,3.2.3,所示。,产生,自激振荡,消振措施：,按规定部位和参数接入校正网络,防止反馈极性接错,避免负反馈过强,合理安排接线，防止杂散电容过大,1,、,输入保护,反相输入保护,u,O,+,A,R,1,R,F,VD,1,VD,2,u,I,限制集成运放两个输入端间的差模输入,电压不超过二极管,VD1、,VD2,的正向导通电压,保护电路,利用二极管的限幅作用对输入信号幅度加以限制，以免输入信号超过额定值损坏集成运放的内部结构。无论是输入信号的正向电压或负向电压超过二极管导通电压，则,V,1,或,V,2,中就会有一个导通，从而限制了输入信号的幅度，起到了保护作用。,同相输入保护,+V,+,A,R,1,VD,1,VD,2,R,F,R,-,V,u,O,u,I,限制集成运放的共模输入,电压不超过,V,至,V,的范围,2,、电源,极性错接保护,若电源的极性错接，二极管,VD1,、,VD2,不能导通，使电源断开,+,A,VD,1,VD,2,电源接错保护,利用二极管的单向导电特性防止由于电源极性接反而造成的损坏。当电源极性错接成上负下正时，两二极管均不导通，等于电源断路，从而起到保护作用。,3,、输出端错接保护,+,A,R,1,VD,Z1,VD,Z2,R,F,u,O,u,I,利用,稳压管,保护运放,利用稳压管,V,1,和,V,2,接成反向串联电路。若输出端出现过高电压，集成运放输出端电压将受到稳压管稳压值的限制，从而避免了损坏。,4,、输出,限流,保护,+,A,VT,1,VT,2,V,EE,R,2,R,3,R,4,R,1,VT,4,R,5,VT,3,+,V,CC,C,1,C,2,(b),保护管工作特性,正常工作时工作点在,A,，,工作电流过大，工作点经,B,移到,C,或,D,点，电流基本,不变,(a),电 路 图,B,C,D,A,I,C,U,CE,O,输出限流保护,滤波电路,1,滤波电路的基础知识,作用：选频。,一、滤波电路的种类：,低通滤波器,LPF,f,p,f,O,通,阻,f,f,p,O,通,阻,f,1,f,O,通,通,阻,f,2,f,O,通,阻,阻,f,1,f,2,高通滤波器,HPF,带通滤波器,BPF,带阻滤波器,BEF,2.,无,源低通,滤波器：,电压放大倍数为,通带截止频率,由对数幅频特性知，具有,“,低通,”,的特性。,电路缺点：,电压放大倍数低，只有，且带负载能力差。,解决办法,：利用集成运放与,RC,电路组成有源滤波器。,频率趋于零，电容容抗趋于无穷大,A,up,1,3.,一阶同相低通滤波器,一阶低通滤波电路,R,F,用,j,取代,s,，,且令,f,0,=1/(2,RC),，,得出电压放大倍数,f,0,称为特征频率,通带电压放大倍数,可见：一阶低通有源滤波器与无源低通滤波器的,通带截止频率相同,；但,通带电压放大倍数得到提高,。,缺点：,一阶低通有源滤波器在,f,f,0,时，滤波特性不理想。对数幅频特性下降速度为,-,20 dB /,十倍频。,解决办法,：采用二阶低通有源滤波器。,电压放大倍数,4.,简单二阶低通滤波器,可,提高幅频特性的衰减斜率,简单二阶低通电路,R,F,用,j,取代,s,，,且令,f,0,=1/(2,RC),简单二阶低通电路的幅频特性,简单二阶低通电路的幅频特性,输入电压经过两级,RC,低通电路，在高频段，对数幅频特性以,-,40 dB /,十倍频的速度下降，使滤波特性比较接近于理想情况。,令电压放大倍数分母的模等于,可解出通带,截止频率,f,P,=0.37 f,0,问题：,在,f,=,f,0,附近，输出幅度衰减大，,f,P,远离,f,0,引入正反馈，可以增大放大倍数，使,f,P,接近,f,0,滤波特性趋于理想 。,压控电压源二阶低通滤波电路,压控电压源二阶低通滤波电路,5.,压控电压源二阶低通滤波电路,用,j,取代,s,，,且令,f,0,=1/(2,RC),矩形波发生电路,一、电路组成,RC,充放电回路,滞,回,比较器,滞回比较器：集成运放、,R,1,、,R,2,；,充,放电回路：,R,、,C,；,（,延迟环节、反馈网络）,钳位,电路：,VD,Z,、,R,3,。,（,稳幅环节）,二、工作原理,设,t =,0,时，,u,C,=,0,，,u,O,= +,U,Z,则,t,O,u,C,O,u,O,t,u,+,u,-,当,u,-,=,u,C,=,u,+,时，,t,1,t,2,则,当,u,-,=,u,C,=,u,+,时，输出又一次跳变，,u,O,= +,U,Z,输出跳变，,u,O,=,-,U,Z,三、振荡周期,电容的充放电规律：,对于放电，,解,得：,结论：,改变充放电回路的时间常数及滞回比较器的电阻，即可改变振荡周期,。,t,1,t,2,t,O,u,C,O,u,O,t,t,3,振荡频率,f=1/T,四、占空比可调的矩形波发生电路,图,8.3.5a,使电容的充、放电时间常数不同且可调，即可使矩形波发生器的占空比可调。,t,O,u,C,u,O,t,O,T,1,T,2,T,充电时间,T,1,放电时间,T,2,占空,比,D,三角波发生电路,一、电路组成,采用波形变换的方法得到三角波,u,O1,为方波,电路分析,u,O2,为,三角波,二、工作原理,当,u,+,=,u,-,= 0,时，滞回比较器的输出发生跳变。,图,8.3.8,实用电路,左边是同相输入滞回比较器右边为反向积分运算电路,图,8.3.7,R,3,R,4,传输特性,+,U,T,-,U,T,+,U,Z,-,U,Z,u,O,u,I,二、工作原理,O,u,O1,t,O,u,O,t,当,u,+,=,u,-,= 0,时，滞回比较器的输出发生跳变。,图,8.3.9,图,8.3.7,R,3,R,4,设,t=0,时，,u,O1,= +,U,Z,u,0,= 0,三、输出幅度和振荡周期,解得三角波的,输出幅度,当,u,+,=,u,-,= 0,时，,u,O1,跳变为,-,U,Z,，,u,O,达到最大值,U,om,。,振荡周期,调节电路中的,R,1,、,R,2,、,R,3,阻值和,C,的容量，可改变振荡频率。,调节,R,1,、,R,2,的阻值，可改变三角波的幅值。,锯齿波发生电路,一、电路组成,O,u,O1,t,O,u,O,t,T,1,T,2,T,二、输出幅度和振荡周期,正向积分时间常数远大于反向积分时间常数或者相反。,波形变换电路,三角波变正弦波电路,1.,滤波法,2.,折线法,图所示的电路,是一个由多个限幅器接在运放反馈支路中所构成的二极管函数电路。设置二极管,D1D3,和,D4D6,的偏置电路参数，使分压电阻的阻值对应相等。在,选定适当的阻值后，当输入一个三角波信号时，两组二极管将分别在正负半周的不同电压下导通，则在电路的输出端可得到一个逼近于正弦波的折线组合,。,