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1、LM741/UA741运算放大器使用说明及应用物理量的感测在一般应用中，经常使用各类传感器将位移、角度、压力、与流量等物理量转换为电流或电压信号，之后再由量测此电压电流信号间接推算出物理量变化，以达成感测、控制的目的。但有时传感器所输出的电压电流信号可能非常微小，以致信号处理时难以察觉其间的变化，故需要以放大器进行信号放大以顺利测得电流电压信号，而放大器所能达成的工作不仅是放大信号而已，尚能应用于缓冲隔离、准位转换、阻抗匹配、以及将电压转换为电流或电流转换为电压等用途。现今放大器种类繁多，一般仍以运算放大器 (Operational Amplifier, Op Amp)应用较为广泛，本文即针对
2、741 运算放大器的使用加以说明。1. 运算放大器简介ab126计算公式大全放大器最初被开发的目的是运用于类比计算器之运算电路，其内部为复杂的集成电路(Integrated Circuit, IC) ，亦即在单一电子组件中整合了许多晶体管与二极管，图1为一般放大器之内部等值电路。1. 运算放大器内部等值电路图运算放大器属于使用反馈电路进行运算的高放大倍率型放大器，其放大倍率完全由外界组件所控制，透过外接电路或电阻的搭配，即可决定增益（即放大倍率）大小。图2 为运算放大器于电路中的表示符号，可看出其包含两个输入端，其中（）端为非反相(Non-Inverting)端，而（）端称为反相(Invert
3、ing)端，运算放大器的作动与此二输入端差值有关，此差值称为差动输入。通常放大器的理想增益为无穷大，实际使用时亦往往相当高（可放大至105 或 106 倍） ，故差动输入跟增益后输出比较起来几名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 1 页，共 8 页 - - - - - - - - - 乎等于零。 838 电子图 2. 差动运算放大器表示符号2. 741运算放大器使用说明2.1 作动方式与原理 新艺图库741 放大器为运算放大器中最常被使用的一种，拥有反相向
4、与非反相两输入端，由输入端输入欲被放大的电流或电压信号，经放大后由输出端输出。放大器作动时的最大特点为需要一对同样大小的正负电源，其值由12Vdc至18Vdc不等，而一般使用15Vdc的电压。 741 运算放大器的外型与接脚配置分别如图3、4 所示。图 3. 741运算放大器外型图名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 2 页，共 8 页 - - - - - - - - - 图 4. 741放大器输出入脚位图741 运算放大器使用时需于7、4 脚位供应一对同
5、等大小的正负电源电压Vdc 与Vdc ，一旦于 2、3 脚位即两输入端间有电压差存在，压差即会被放大于输出端，唯 Op放大器具有一特色，其输出电压值决不会大于正电源电压Vdc 或小于负电源电压Vdc ，输入电压差经放大后若大于外接电源电压Vdc 至Vdc 之范围，其值会等于Vdc 或Vdc ，故一般运算放大器输出电压均具有如图5 之特性曲线， 输出电压于到达Vdc 和Vdc 后会呈现饱和现象。图 5. 放大器输出入电压关系图741运算放大器之基本动作如图6 所示，若在非反相输入端输入电压，会于输出端得到被放大的同极性输出；若以相同电压信号在反相输入端输入，则会在输出端获得放大相同倍率后但呈逆极
6、性之信号输出。而当对放大器两输入端同时输入电压时，则是以非反相输入端电压值(V1) 减去反相输入端电压值(V2) ，可于输出端得到 (V1 V2) 经过倍名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 3 页，共 8 页 - - - - - - - - - 率放大后之输出。图 6. 放大器基本输出入关系图电源供应电源供应器本身具备两组外接插孔以提供两组电源输出，如图 7 所示，当需要以一正一负方式输出电压时，可利用电源供应器上Tracking键之功能。例如欲产生15
7、Vdc电压，需先行将两组电源输出中其中一组之正端接上另一组之负端，剩下未接的两个输出端便为电源输出端，之后将电源供应器电源打开并将仪表板上Tracking键按下，再由板面上调整旋钮以调整出所需之15Vdc电压。于调整时已可发现， 尽管只旋转其中一组电源输出调整旋钮，但两组电压输出值会同时改变且显示数字相同，只是一端为正，一端为负，此时即可得到一端正值、一端负值，且同为15Vdc之输出，其原理类似拿两个电池头尾相接串联的情况。名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -
8、 第 4 页，共 8 页 - - - - - - - - - 图 7. 电源供应器产生 Vdc 电压输出接线图然而若是欲将放大电路与感测组件整合于测试机台中时，便无法使用电源供应器提供运算放大器电源，此时需要自制15Vdc电源电路。制作方法是利用桥式整流器与稳压IC 搭配适当规格之电容构成整流电路，将一般常用之110 伏特电源转为 15Vdc之电源，其电路图如图8 所示， 110 伏特电源经桥式整流器后，利用三端稳压IC7815与7915将电压值调整至 15Vdc ， 其中 7815为正电压调整器用以稳定电压至15Vdc ，7915则进行负电压调整。图 8. 利用稳压 IC 自制 Vdc 电源
9、电路图3. 运算放大器常用电路实际使用运算放大器时，因各类传感器输出电压变化极大，放大后电压很难正好落在放名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 5 页，共 8 页 - - - - - - - - - 大器输出电压范围内，且运算放大器输入电源电压有其限制之承受范围限制，故需在电路上变化或补正。 另外放大器放大倍率亦不一定正好为所需倍率，故需外接不同阻值电阻来解决。以下是一些简单的放大器应用电路介绍及其电路图。3.1 缓冲电路将输出电压的一部份引回输入端之动作
10、称为反馈，而其中将输出电压引回反相输入端者称为负反馈， 负反馈会使得整个电路的放大倍数下降，但却能因此得到正确的电路放大倍数，且可在输入电阻很大时，使输出电阻变小，并且使放大频率频宽增大。图 9 为放大倍数为1 倍的缓冲电路，当a 点电压为 V1 时， Vo=V1 。图 9. 缓冲电路3.2 非反相放大电路使用反馈方式将输出电压引回反相输出端形成负反馈电路，其输出信号与输入同相，可得到 (1 R1/R2)倍的输出， 其电路如图10 所示。图中 a 点电位为 V1 ，流过反馈电阻R1 的电流则可得图 10. 非反相放大电路3.3 反相放大电路反相放大电路之接法如图11 ，同样是使用负反馈电路方式
11、作动，只是此时信号由反相端输入，故会得到与输入端反相之输出，当输入电压V1 增大时会使得输出电压Vo 下名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 6 页，共 8 页 - - - - - - - - - 降。此电路可以得到(R1/R2)倍的输出，当a 点电位为 0V 时，其输出电流如式(1) 为V1/R2 ，则图 11. 放大器应用电路3反相放大电路3.4 差动放大电路图 12 是能够将两个输入电压V1 、V2 之间的电压差值放大的电路，同样是利用将输出电压引回
12、反相输入端的负反馈电路，可以得到R1/R2倍的放大倍率。因为此电路之b点电位是由V2 决定，所以a 点与 b 点会有相同的输入电压，则通过反馈电阻R1 上的电流为故通过电阻R1 所产生的压降为因为输出电压Vo 是 VR1 与 Vb 之和，故整理得输出电压为名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 7 页，共 8 页 - - - - - - - - - 图 12. 差动放大电路3.5 I/V变换电路由 I/V 变换电路可得到随输入电流变化的输出电压，线路接法如图13 ， 其输出电压 Vo= -IR 。图 13. I/V变换电路3.6. V/I变换电路由 V/I变换电路得到随输入电压变化的输出电流，线路接法如图14 ，其输出电流同式(1) 为 V1/R2 。图 14. V/I变换电路名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 8 页，共 8 页 - - - - - - - - -