LM741 UA741运算放大器-LM741 UA741应用电路-使用-资料

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(Inverting)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



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±15Vdc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。

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

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

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