[電子學與基本電學] 運算放大器應用簡介

gswdkimo

運算放大器應用簡介
1. 參考電壓產生器   
    電子電路中的參考電壓是很有用的一種電壓，常用作電路的電壓基準，完成多種功能。所以電子器件中有相應的基準電壓積體電路。成品的基準電壓晶片，其基準電 壓極性往往是單向的，且對外電路提供的電流都較小。這裡介紹一種用運算放大器製作的參考電壓發生器，如圖一所示，其特點是參考電壓的大小和極性可以選擇， 輸出的電流也較大。

    圖一電路中的運算放大器，為常用的LM324。LM324內部有4個獨立的運算放大器，工作時可單電源供電。這裡僅用了1/4LM324，②腳與①腳相連 接成電壓隨耦器電路。LM324的同相端③腳，外接由R1、R2組成的分壓器，分壓器的電源為+15V。當圖中的R1=R2=10 kΩ時，A點電壓為7.5V。此時LM324的①輸出端電壓也為7.5V，但①腳的輸出電流決定於LM324的輸出電流（較大）。
如果將R1、R2更換成電位器，電位器的中心抽頭接到LM324的③腳，則該電路即為一種可變參考電壓的產生器。參考電壓範圍約為0～+15V。參考電壓 的精度取決於供給電位器電壓的精度。

    如果將圖1的電路稍加改接，如圖2所示，即R1取680 Ω，R2用穩壓二極體D1代換，則電路演變成固定輸出的參考電壓電路，其參考電壓決取於穩壓二極體D1的穩壓值，但其輸出電流仍取決於LM324的輸出電 流。


圖一

2. 直流馬達調速和換向電路
    利用圖一電路的工作模式，再作相關的改動，即可製作兒童玩具用的直流（DC）馬達調速和換向電路，如圖二所示。圖中的運算放大器IC1為741型，是雙電 源供電電路，這裡供電為±9V。運算放大器IC1也接成電壓隨耦器電路，同相端的分壓器R3（電位器）供電也為±9V。將IC1的輸出端外接一對NPN和 PNP功率電晶體Q1和Q2，電晶體的輸出直接驅動直流（DC）馬達工作。

    電路工作時，調節電位器R3到滑動的中點位置，此時IC1同相端③腳電壓為0，同時IC1的輸出端電壓⑥腳也為0，Q1、Q2電晶體無輸出電壓，直流 （DC）馬達不轉動。當使電位器向電源正方向滑動時，馬達正向轉動，其速度取決於電位器R3   取得的正電壓大小；若使電位器向電源負方向滑動時，馬達反向轉動，其速度也取決於電位器R3取得負電壓值。由此可見，只要滑動電位器R3，即可使直流 （DC）馬達的轉速度和轉動方向改變。
選擇功率電晶體Q1、Q2的電流時，應根據直流（DC）馬達的工作電流大小而定。

  
圖二

3. 峰值電壓檢波器
    圖三是一種由雙運LM1458組成的峰值電壓檢波器。電路中的LM1458雙運放，實際是由兩個高增益的741（單運放）封裝在一起的運算放大器。 IC1a接成電壓隨耦器電路，其輸入的同相端③腳，外接的輸入信號是可變的。IC1b也接成電壓隨耦器，其輸入的同相端⑤腳通過二極體D1與IC1a的輸 出端串聯。

  
圖三

電路工作原理︰當IC1a輸入端電壓上升到峰值時，在其輸出端的電容器C1上，也會出現相同的峰值電壓。二極體D1起隔離作用，即僅允許正的峰值電壓加在 C1上，C1因二極體的隔離而使峰值電壓保持不變。由於IC1b是電壓隨耦器，所以在C1上的峰值電壓也會轉移到IC1b輸出端的⑦腳，從而完成電路的峰 值檢波功能。
    當輸入端的峰值電壓下降時，由於電容器C1的作用，使電壓峰值可以保持一定時間後，方才緩慢放電，所以用數位三用表可以測量峰值電壓的值（大小）。
    電路中的LM1458還可用高阻抗的結型場效應（JFET）運算放大器LF353N代換，其檢波效果會更好，即C1保持峰值電壓的時間會更長，使其對 IC1b輸出端的電壓表監測更易觀察。