5.5集成运算放大器 4.5.1集成运算放大器特性、外形及管脚功能介绍 集成运放实际上是一种具有很高电压地益的直接糊合多级放大器。为了抑制点需 移以及提高共模抑制比，它的前置级及中间级一般都采用差动放大电路。山于现在都采 用集成工艺制造，所以它又简称为集成运放或运欢，集成运算放大器符号如图415所示， 在实际使用中，从信号的输入。输出端米看，可以将它看成类似于三极管之类的三 端元件，它是目前最常用的模叔集成电路器件 集成运算放大器的封装形式主夏为金属圆壳封装及双列直插式封装。金属圆壳封装 的引脚有8,10、12三种形式，双列直插型封装的引脚有8、14、16三种形式。其外形 和管脚如图4.16所示。 a)旧国标 b)新国标 图415集成坛战的符号 8765 ▣■▣ 1234 ()金属壳 (b)双列直插式 图46集成运算放大器的封装形式及引脚排列 集成运算放大器有两个输入端和个拾出增。反相输入器（由此镯接输入信号，则 输出信号与输入信号反相)标上“一”号，同相输入端（由此端接输入信号，则输出信号 与输入信号同相标上“十”号。它们对“地”电压（即各瑞的电位）分别用、、和 6表示。 在应用集成运算放大器时，需要道它的管脚的用途，至于它的内部电路结构有 一般是无关紧要的。最基木的运算放大器需要与外电路相接的是通过7个管脚引出的。 各管脚的功能是： 2为反输入裙。由比需接输入信号，则输出信号和输入信号是反相的（威两者极性 相反)。 145
145 5.5 集成运算放大器 4.5.1 集成运算放大器特性、外形及管脚功能介绍 集成运放实际上是一种具有很高电压增益的直接耦合多级放大器。为了抑制零点漂 移以及提高共模抑制比，它的前置级及中间级一般都采用差动放大电路。由于现在都采 用集成工艺制造， 所以它又简称为集成运放或运放， 集成运算放大器符号如图 4.15 所示。 在实际使用中，从信号的输入、输出端来看，可以将它看成类似于三极管之类的三 端元件，它是目前最常用的模拟集成电路器件。 集成运算放大器的封装形式主要为金属圆壳封装及双列直插式封装，金属圆壳封装 的引脚有 8、10、12 三种形式，双列直插型封装的引脚有 8、14、16 三种形式。其外形 和管脚如图 4.16 所示。 集成运算放大器有两个输入端和一个输出端。反相输入端(由此端接输入信号，则 输出信号与输入信号反相)标上“－”号，同相输入端(由此端接输入信号，则输出信号 与输入信号同相)标上“＋”号。它们对“地”电压(即各端的电位)分别用 UN、UP、和 UO表示。 在应用集成运算放大器时，需要知道它的管脚的用途，至于它的内部电路结构如何 一般是无关紧要的。最基本的运算放大器需要与外电路相接的是通过 7 个管脚引出的。 各管脚的功能是： 2 为反相输入端。由此端接输入信号，则输出信号和输入信号是反相的(或两者极性 相反)。 图 4.16 图 4.15 集成运放的符号
3为同输入罐。由此镯接输入信号，则输出信号和输入信号是同相的（或两者极性 相同可)。 4为负电源端 7为正电海端 6为输出嘴。 1和5为外接调零电位器通常为10kD)的两个端子， 8为空脚。 表4,6列出了集成运算成大器引脚功能代表符号，供使用时查阅。 表46 焦成运其被大超引购功解代表符号 汗号 IN. 反向标人南 ◆ 网夏电翰人铺 IX, 民智被人南 外接电立谛 OUT 泉成远算放大器输品座 外接电用及电家的公共增 V. 王电军输人滑 OsG 丽属指号缩出闲 V. 负电黑输人府 C 李树的引援端空则) v 表示供电电伍 n 接超隔 COMP 科信增 CNDS 信号接意喷 0A 沈军清 GNGn 功率接地精 4,5.2集成运算放大器分类 集成运放在最丘的30年内发展十分迅速。通用型产品经历了四代的更替，各顶技 术指标不断进步。同时，又发展了道应特殊需要的各种专用型集成远运放。为了在工作中 垡够根据要求正确地迭取，首先必须了解运放的分类。 集成运放按特性分类，可分为通用型及专用型两大类。 ①通用型一般认为，在没有特珠参数要求的情况下工作的运放，可列为通用型。 由于通用型应用范田宽，产量大，所以价格便宜。作为一般应用，首光考忠的是选择通 用型，但并非各种通用型的性能都一样. ②专用型（又称高性能型）它按某特性参数分 类，可分成高速型、高阻型，高压型、大功幸型、低 功耗型、低源移型、低噪声型、高精度型、单电源型 等。 4,5.3几种制怜装置常用的集成运算放大器 1.反相器 图417是反相输入比例运算电路。又称为反相 收大电路。输入信号通过R接于运收的反相翰入端， 图4.I7反相增人放大电港 反锁电阴R跨接在输出镯与反相输入最之。通过分 析可知，该电路是电压并联负反馈放大电路。图中的是是平衡电阻，一般取=R/R 146
146 3 为同相输入端。由此端接输入信号，则输出信号和输入信号是同相的(或两者极性 相同)。 4 为负电源端。 7 为正电源端。 6 为输出端。 1 和 5 为外接调零电位器(通常为 10 kΩ)的两个端子。 8 为空脚。 表 4.6 列出了集成运算放大器引脚功能代表符号，供使用时查阅。 4.5.2 集成运算放大器分类 集成运放在最近的 30 年内发展十分迅速。通用型产品经历了四代的更替，各项技 术指标不断进步。同时，又发展了适应特殊需要的各种专用型集成运放。为了在工作中 能够根据要求正确地选取，首先必须了解运放的分类。 集成运放按特性分类，可分为通用型及专用型两大类。 ①通用型 一般认为，在没有特殊参数要求的情况下工作的运放，可列为通用型。 由于通用型应用范围宽、产量大，所以价格便宜。作为一般应用，首先考虑的是选择通 用型，但并非各种通用型的性能都一样。 ②专用型(又称高性能型) 它按某特性参数分 类，可分成高速型、高阻型、高压型、大功率型、低 功耗型、低漂移型、低噪声型、高精度型、单电源型 等。 4.5.3 几种制冷装置常用的集成运算放大器 1．反相器 图 4.17 是反相输入比例运算电路，又称为反相 放大电路。输入信号通过 R1接于运放的反相输入端， 反馈电阻 RF跨接在输出端与反相输入端之间。通过分 析可知， 该电路是电压并联负反馈放大电路。 图中的 R2是平衡电阻， 一 般取 R2＝Rl//RF 。 图 4.17 表 4.6
当=R时，就是反相器，即：输入电压与输出电压反相，因比可以很方使地获取反 相电源。同时还可以作为反相驱动器，驱动驱电器等小功率执行电器元件。 2,电压跟随器 图418所示电路为同相输入放大电路，又称为同相放大电路。信号通过R接入运 放的同相输入端，输出电压通过电阻R反境到运放的反相输入端，与R组成反境网络， 形成电压中联负反馈，品是平衡电阻，一般取R/R。 问相输入故大电路 基本电路 b)降氧编人电图的电路 图418同相给入放大电路及其特例 当R短路，或R开路时，输出电压等于输入电压且相位相同，故称它为电压跟随器。 其广泛作为电路信号的缓冲。 3,双瑞输入放大电路（差动放大电路） 图419所示的电路是运放双清输入放大电路。图 中环，通过民、R分压后如到同相增，环通过R加到反 相端。输出信号通过R,民组成反馈4络反馈到反相端 在电路中，如果选取电阻满足=晨，品。则可得 。凸 输出电压与两个输入电正之羌成正比，所以该电路又称 为减法电路或差动放大电路。该电路经常用于制装置 电气控制系统中温度信号的采集。 4.电压比较器与退带电压比较器 副4.1修须端输人较大电路 上面所讨论的三种运放都工作于闭环负反馈状态， 输出电压与输入电压成线性关系。电压比较器和退滞电压比较器则处于开环或正反愤状 态，称为运敏的非线性应用。由于集成运放的开环放大格数很高，只要运放两输入辑的 电压略有差异，物出电压不是处于最高值就是最低值。当同相输入端的电压大于反相输 入瑞的电压，输出电压等于正向饱和电压十佑()；当同相输入省的电压小于反相输入 端的电压，输出电压等于反向饱和电压一6(st》。即工作在非线性区的运放只有两种输 出状态，分别将这两种状态称为箱出高电平与输出低电平。 (1)单值电压比较器 147
147 当 RF=R1时，就是反相器，即：输入电压与输出电压反相，因此可以很方便地获取反 相电源。同时还可以作为反相驱动器，驱动继电器等小功率执行电器元件。 2．电压跟随器 图 4.18 所示电路为同相输入放大电路，又称为同相放大电路。信号通过 R2接入运 放的同相输入端，输出电压通过电阻 RF反馈到运放的反相输入端，与 R1组成反馈网络， 形成电压串联负反馈。R2是平衡电阻，一般取 R2=Rl//RF。 当 RF短路， 或 R1开路时， 输出电压等于输入电压且相位相同， 故称它为电压跟随器。 其广泛作为电路信号的缓冲。 3．双端输入放大电路(差动放大电路) 图 4.19 所示的电路是运放双端输入放大电路。图 中 UI1，通过 R2、R3分压后加到同相端，UI2通过 R1加到反 相端。输出信号通过 RF、Rl组成反馈网络反馈到反相端。 在电路中，如果选取电阻满足 Rl=R2，RF=R3，则可得 输出电压与两个输入电压之差成正比，所以该电路又称 为减法电路或差动放大电路。该电路经常用于制冷装置 电气控制系统中温度信号的采集。 4．电压比较器与迟滞电压比较器 上面所讨论的三种运放都工作于闭环负反馈状态， 输出电压与输入电压成线性关系。电压比较器和迟滞电压比较器则处于开环或正反馈状 态，称为运放的非线性应用。由于集成运放的开环放大倍数很高，只要运放两输入端的 电压略有差异，输出电压不是处于最高值就是最低值。当同相输入端的电压大于反相输 入端的电压， 输出电压等于正向饱和电压＋Uo(sat)； 当同相输入端的电压小于反相输入 端的电压， 输出电压等于反向饱和电压－Uo(sat)。 即工作在非线性区的运放只有两种输 出状态，分别将这两种状态称为输出高电平与输出低电平。 （1）单值电压比较器 图 4.19 同相输入放大电路 图 4.18 同相输入放大电路及其特例
a》U,接在反相南的电路)U,核在间相端的电路©》过算电压比较琴 % (- 气l 实际 实 +oa】 实闲 舞机计 理显 UR-0 LR 1-Uptsn -Ugou b)Ug接在反相陶的 d)U接在同相端的 )过零电压比较部的 电压传锭特性曲线 电压传输特性挂线 电压转输特生由线 图420单值中压比较电路 单值电压比较器的基木功能是比较两个电压的大小，并山输出的高电平或赶电平来 反映比较结果。几种电压比较器的电路图40所示。运放在电路中处于开环状态（有 时还要引入正反绩米政改善性能)，两个输入量分别能加于运放的两个不同的输入端，其中 一个是参考电压尾一个是输入信号传。当参考电压是0时，也称过零比较器。 G 043------ -0a叶 )琴本电路 C) H nn .c》,d电压传输餐性抽线 图42引具有议特性的电压比蛟器 148
148 单值电压比较器的基本功能是比较两个电压的大小，并由输出的高电平或低电平来 反映比较结果。几种电压比较器的电路如图 4.20 所示。运放在电路中处于开环状态(有 时还要引入正反馈来改善性能)， 两个输入量分别施加于运放的两个不同的输入端， 其中 一个是参考电压 UR，一个是输入信号 uI。当参考电压是 0 时，也称过零比较器。 图 4.20 单值电压比较电路 图 4.21 具有迟滞特性的电压比较器
电压比较器主要用于比较、定时、延迟、电平转换等，在韧冷装置上的应用很多， 例如用于祖控电路、复位电路、3分钟延时比较电路等，在后面的常节里将陆线讲解， (2)迟滞电压比较器 单值电压比较器存在这样的问题：当输入信号在门限电平上下波动时，输出信号会 颠紧甜转。 图421所示电路中，同相输入辑接参考电压。由于运故接有正反馈回路，所以 电路工作于非线性状态。同相输入端的电出山由参考电出和输出电：历共同决定， 从特性线上可以石出A从小于逐渐增大到超过门限电压时，电路团转，输 出负饱和电压，比时，山的门限电压被突然拉低到。：当让从大（大于）向小变化到 小于加门限电压时，电路再次御转，输出正饱和电压，此时，的门限电压被再次拉 高到·周而复始。而在环和之间创时，电路输出保持原状态，所以在这区间 里，：即使有少许变化，电路也不会颊繁翻转。 迟滞比较器主要用于冰箱冷冻、冷藏温区的湿废控制电路、空调的过欠压保护电路 等。 4.5.4集成运算放大器粒测 对于实际的运故，无论其内部电路多么复杂，从应用现点出发，都可以把它看成一 个整体。它至少有五个引出端，除了两个输入一个输出端之外，还有两个电源端Y:和 ,集成运放损坏时问题也往往出在这五只引园上。故判断一个运放的好坏时，要特 别注意正，负电瑞与输出发之间以及输出端与输 入躅之间是否存在短路现象。若存在则必定已损坏。 UTA！ 8 V+ 此外，有些运放还有“调零端”、“补偿辑”等其他 -INA_2 DUTB 附加功能的引出端。 +INA 3 ING 1,电压比较集成块检测 V- HINB 电压比较集成块检常采用以下两种方法： ①接通电源后用万用表满量同相输入和反相 图4221MB93、1MB58N 输入瑞电压，如果同相输入瑞高于反相输入端电出，而输出编不为高电平，说明电压比 较集成块损坏。 ②用万用表测量电压比较集成块各管脚电阻值，然后与正常电阻值进行比较，正 常时各管脚电阻值参见表47。 2.通用运算放大器的构测 通用运算放大器的检测方法与电压比较指类似 表47 L格393双电压比较器管脚阻值 1澳号 4 内保电 红觅接地 地 120 ki 男笔撞地 4 T.D 7.9 7. 7,9 7.6 育楼代装情号 AN393.TA393.LA393.UAJ93 图4.2为集成1893双电压比较器和集成353N双运算放大器管图排列，表4.7 149
149 电压比较器主要用于比较、定时、延迟、电平转换等，在制冷装置上的应用很多， 例如用于温控电路、复位电路、3 分钟延时比较电路等，在后面的章节里将陆续讲解。 （2）迟滞电压比较器 单值电压比较器存在这样的问题：当输入信号在门限电平上下波动时，输出信号会 频繁翻转。 图 4.21 所示电路中，同相输入端接参考电压 UR。由于运放接有正反馈回路，所以 电路工作于非线性状态。同相输入端的电压 uP由参考电压 UR和输出电压 Uo 共同决定。 从特性曲线上可以看出 uI从小于 UTH2逐渐增大到超过 UTH1门限电压时， 电路翻转， 输 出负饱和电压，此时，uP的门限电压被突然拉低到 UTH2；当 uI从大(大于 UTH1)向小变化到 小于 UTH2 门限电压时，电路再次翻转，输出正饱和电压，此时，uP 的门限电压被再次拉 高到 UTH1，周而复始。而 uI在 UTH1和 UTH2之间时，电路输出保持原状态，所以在这一区间 里，uI即使有少许变化，电路也不会频繁翻转。 迟滞比较器主要用于冰箱冷冻、冷藏温区的温度控制电路、空调的过欠压保护电路 等。 4.5.4 集成运算放大器检测 对于实际的运放，无论其内部电路多么复杂，从应用观点出发，都可以把它看成一 个整体。它至少有五个引出端，除了两个输入一个输出端之外，还有两个电源端 VCC 和 VEE ，集成运放损坏时问题也往往出在这五只引脚上。故判断一个运放的好坏时，要特 别注意正、负电源端与输出端之间以及输出端与输 入端之间是否存在短路现象。 若存在则必定已损坏。 此外，有些运放还有“调零端” 、 “补偿端”等其他 附加功能的引出端。 1．电压比较集成块检测 电压比较集成块检测常采用以下两种方法： ①接通电源后用万用表测量同相输入和反相 输入端电压，如果同相输入端高于反相输入端电压，而输出端不为高电平，说明电压比 较集成块损坏。 ②用万用表测量电压比较集成块各管脚电阻值，然后与正常电阻值进行比较，正 常时各管脚电阻值参见表 4.7。 2.通用运算放大器的检测 通用运算放大器的检测方法与电压比较器类似。 图 4.22 为集成 LM393 双电压比较器和集成 LM358N 双运算放大器管脚排列，表 4.7 图 4.22 LM393、LM358N 表 4.7 管脚阻值
给出了193各管脚电阻量参考被，表4.A给出了1W5各管脚电阻量参考值. 表4后 M35N夏运算收大各管阻值 引甲分 34 内泽申 之算油 85.D I uo .0 1.9 用n 想第腰的 直接代换玉号 LAIMA.ANS63.NE332.TAT8 45.5乘成运算故大器典小应用 果成远放具有开环电压放大倍数大，共模抑片比高、输入电阴高、输出电阻低、同 移小、可靠性高、体积小答优点，它己经成为一种通用部件，广泛而灵活的应用于各个 技术领域。图4.3为使用电压比较器的电压比较式湿控器控制佩理图，图424为使用 退滞比较器的电源过欠压保护电路。在后边的空到器、冰箱等电气控H系统中将徽详细 下介绍， + R R门 w 图42！电压比轻式型拉器控原耳图 420 图424电源过.欠压保护电路 150
150 给出了 LM393 各管脚电阻测量参考值，表 4.8 给出了 LM358N 各管脚电阻测量参考值。 4.5.5 集成运算放大器典型应用 集成运放具有开环电压放大倍数大、共模抑制比高、输入电阻高、输出电阻低、飘 移小、可靠性高、体积小等优点，它已经成为一种通用部件，广泛而灵活的应用于各个 技术领域。图 4.23 为使用电压比较器的电压比较式温控器控制原理图，图 4.24 为使用 迟滞比较器的电源过欠压保护电路。在后边的空调器、冰箱等电气控制系统中将做详细 下介绍。 图 4.24 电源过、欠压保护电路 图 4.23 电压比较式温控器控制原理图 表 4.8 LM358N 双运算放大器管脚阻值