運(yùn)算放大器基本應(yīng)用電路

1.反饋電路
運(yùn)算放大器在實(shí)際應(yīng)用中常常需要外加反饋電路。因?yàn)檫\(yùn)算放大器的開環(huán)增益很高，而實(shí)際應(yīng)用中所需的增益并不很高，這就需要外加負(fù)反饋電路構(gòu)成閉環(huán)，以獲得相應(yīng)的功能。另外，在深度反饋條件下，運(yùn)算放大器的性能也會(huì)得到很大改善。

圖18 -43 是同相輸入的反饋放大器電路。從輸出端至反相輸入端外加負(fù)反饋電阻Rf，輸入電壓從同相端輸入。由于理想運(yùn)算放大器的輸入阻抗為無(wú)窮大，因此ia= 0 ，而a點(diǎn)的電位為

?

?

上式說(shuō)明，只要AUD足夠大，運(yùn)算放大器輸出電壓與輸入電壓就成為簡(jiǎn)單的倍數(shù)關(guān)系，閉環(huán)增益只取決于電阻比 ，而與其他參數(shù)無(wú)關(guān)。

圖18-44 所示電路是反相輸入的反饋放大器電路。從輸出端至反相輸入端外加負(fù)反饋電阻Rf，輸入電壓Ui從反相端輸入。由于i'a二0 ，所以ia =if ， 即

?

式中: Va--a 點(diǎn)電位。
根據(jù)開環(huán)增益的表達(dá)式，得

如果AUD 為無(wú)限大，而Uo是一個(gè)有限值，則必有Va >0 ，即a 點(diǎn)電位接近于地電位，此時(shí)

式中的負(fù)號(hào)表示輸出電壓與輸入電壓相位相反。
上式說(shuō)明，只要AUD足夠大，這個(gè)放大器的閉環(huán)增益就只決定于電阻Rf和R1的比值，而與其他參數(shù)無(wú)關(guān)。

通過(guò)將負(fù)反饋電路引入運(yùn)算放大器，可以很方便地設(shè)計(jì)出增益可以精確控制的放大器，而且增益與運(yùn)算放大器的內(nèi)部參數(shù)無(wú)關(guān)。

2. 調(diào)零電路
由于運(yùn)算放大器制造工藝等原因，當(dāng)運(yùn)算放大器輸入端短路，為零輸入時(shí)，輸出端并不為零。為了解決這一問題，在設(shè)計(jì)集成運(yùn)算放大器時(shí)專門留有外接調(diào)零電路的端口，只要接入調(diào)零電路，就可以使輸出端調(diào)為零了。
常見的調(diào)零電路如圖18-45 所示。

在圖18-45 (a) 中，電位器RP1接在內(nèi)部輸入差動(dòng)放大級(jí)集電極，用改變集電極電壓差的方法調(diào)整零點(diǎn);也可以在集成運(yùn)算放大器的輸入端接上電位器RP2 ，讓偏流流過(guò)RP2 ，有意造成兩輸入偏流不平衡，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)零。

對(duì)于有些低漂移和輸入電流很小的運(yùn)算放大器飛可根據(jù)偏零點(diǎn)的極性在輸入放大級(jí)的集電極井上一個(gè)高阻值電位器，使集電極電阻不平衡，而改變輸入級(jí)的電位差，使輸出為零，如圖18-45 (b) 所示。

如果一個(gè)集成運(yùn)算放大器的輸入失調(diào)電壓U10過(guò)大，甚至無(wú)法調(diào)零，可以采用輔助調(diào)零電路，如圖18-46 所示。

輔助調(diào)零電路采用引人電流幫助平衡，在圖18-46 (a) 所示電路中由反相輸入端引入電流，在圖18-46 ( b) 所示電路中由同相輸入端引入電流。這種輔助引人電流調(diào)零電路的優(yōu)點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性較廣;缺點(diǎn)是將使電位器產(chǎn)生的溫漂、噪聲及電源波動(dòng)引入運(yùn)算放大器，使有些指標(biāo)下降。

3.防阻塞電路
如果在運(yùn)算放大器的反相輸入端加入過(guò)大的信號(hào)或有較大的干擾，放大器往往不能正常工作，會(huì)出現(xiàn)信號(hào)加不進(jìn)去或輸出間歇等現(xiàn)象。這時(shí)必須斷電后重新加電或把信號(hào)去掉一段時(shí)間才能恢復(fù)正常。這種現(xiàn)象叫阻塞，又叫閉鎖。這多是由于輸入級(jí)的三極管飽和、反相輸入端和輸出端失去相位相反的性質(zhì)，電路變成正反饋而造成的。如果電路中的某一大電容被大信號(hào)充電后沒有放電回路或共模輸入電壓超過(guò)規(guī)定值，也會(huì)出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象。

為了防止阻塞，首先要防止輸入級(jí)三極管飽和，這時(shí)可以采取三極管自動(dòng)斷開強(qiáng)信號(hào)或用二極管進(jìn)行鉗位的方法加以解決，具體的電路如圖18-47 所示。

4.消振電路
運(yùn)算放大器是一個(gè)增益很高的器件，使用中加入深負(fù)反饋，才會(huì)使放大器獲得較好的閉環(huán)特性。但負(fù)反饋電路往往又給較高頻率信號(hào)帶來(lái)相移，當(dāng)這種相移滿足180°時(shí)，將使負(fù)反饋?zhàn)兂烧答?，從而產(chǎn)生寄生自激振蕩，使運(yùn)算放大器無(wú)法正常工作。在低頻端，自激振蕩的產(chǎn)生多是由公共電源耦合造成的，這可以用加強(qiáng)退捆的方法來(lái)解決。高頻端的自激振蕩則應(yīng)采用相位補(bǔ)償法來(lái)消除。

集成運(yùn)算放大器的相位補(bǔ)償，可以通過(guò)在補(bǔ)償引出線、輸入端引出線和輸出端引出線間外接適當(dāng)?shù)腞C 網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)。主要有以下幾種電路:
(1)相位滯后補(bǔ)償電路
相位滯后補(bǔ)償電路如圖18-48 所示。其中CB為補(bǔ)償電容，它可以使電路增益的附加相移增大，適合于對(duì)頻帶要求不高的場(chǎng)合。

(2) 相位導(dǎo)前補(bǔ)償電路
相位導(dǎo)前補(bǔ)償電路如圖18-49 所示。CB為補(bǔ)償電容，它可以使電路增益的附加相移減小。這種方法可以使頻帶增寬，但只在Rf/Rr值較大時(shí)才用。
(3)綜合補(bǔ)償電路
圖18-50 所示電路為8FCI 集成運(yùn)算放大器的綜合補(bǔ)償電路。輸入電路中的R2 、C2為外接相位滯后的補(bǔ)償元件;補(bǔ)償引出線上的C1和內(nèi)部電阻組成相位導(dǎo)前補(bǔ)償電路。這種綜合補(bǔ)償電路的增益為40dB ，其帶寬可達(dá)20MHz 。

5. 提高輸入阻抗電路
用在微電流放大或信號(hào)內(nèi)阻較大情況下的放大電路，都需要具有很高的輸入阻抗，有時(shí)甚至達(dá)到1 X 10 12Ω，以上。要想提高輸入阻抗，最直接
的辦法就是采用場(chǎng)效應(yīng)管組成輸入級(jí)并加在放大器之前，如圖18-51 所示。

圖中R3 用來(lái)穩(wěn)定VT2 靜態(tài)工作點(diǎn)， R1、R2 和RP1用來(lái)取得前置放大級(jí)輸出電壓的平衡。

6. 提高負(fù)載能力電路
一般通用型集成運(yùn)算放大器的負(fù)載能力較弱，
它的允許功耗僅為幾十毫瓦，最大輸出電流也只有十毫安。所以，當(dāng)負(fù)載需要較大的電壓或電流時(shí)，就需要有在它的輸出端附加帶擴(kuò)展功能的電路。

(1)擴(kuò)大輸出電流電路
圖18-52 所示電路是一個(gè)利用互補(bǔ)推挽輸出的方式來(lái)擴(kuò)大電流的電路。當(dāng)Ui=0 時(shí)，Uo = 0 ，有電流流過(guò)Rb 、VD1 、VD2 和VT1、VT2 的基極回路，供給VT1、VT2偏流，使其工作在甲乙類放大狀態(tài)，以減少交越失真。這個(gè)電路的缺點(diǎn)是它不能提高電壓變化范圍。

(2) 擴(kuò)大電流和電壓變化范圍的電路
能同時(shí)擴(kuò)大電流和電壓變化范圍的電路如圖18-53 所示。圖中VT 1 、VT2 接在運(yùn)算放大電路的電源輸入端，一方面可以起到降壓的作用，另一方面用于共基極放大，可以將運(yùn)算放大器輸出電流經(jīng)VT1 、VT2的集電極輸出去椎動(dòng)互補(bǔ)推挽輸出級(jí)。由于VT 1 、VT2的發(fā)射極分別接在±30V 的電源上，所以在負(fù)載RL兩端的電壓變化范圍將接近±30V 。與此同時(shí)，輸出電流的變化也可以得到擴(kuò)大，因此這種電路可以輸出較大的功率。