對比集成運放的兩種應用

摘 要：集成運放在現實生活中具有廣泛的應用，我們按照特點將其分為線性應用和非線性應用。本文概括、對比了兩種應用電路的特點、判定標準、分析方法及典型電路。

關鍵詞：線性應用；非線性應用；“虛短”；“虛斷”

集成運放是由具有高放大倍數的直接耦合放大電路所組成的集成電路。內部元器件都集成在同一小硅片上，元器件之問的距離近，對稱性好，采用差分輸入級有效地克服了零點漂移的突出問題。在實際應用電路中，由運算放大器構成了種類繁多、功能各異的電路，總體分為集成運放的線性應用和非線性應用。

1 在特點及判斷標準上的對比

運放工作在線性區和非線性區的特點和判斷標準都是不相同的：（1）當集成運放工作在線性區時，集成運放的輸入輸出成一定的比例關系，其電壓放大倍數不再是開環變壓放大倍數Auo，而是閉環電壓放大倍數Auf，即圖1中斜線的斜率；（2）當集成運放工作在非線性區，其內部的輸出級三極管進入飽和區工作，輸出電壓與集成運放的輸入信號不再呈線型關系，其值近似等于電源電壓Uom。

2 在基本分析方法上的對比

由于實際的集成運放的指標接近理想化條件，引入理想集成運放的模式后，把實際的集成運放當作理想集成運放來分析電路所引起的誤差不大，這是允許的。所以我們利用“虛短”“虛斷”的概念來分析電路，可以大大簡化集成運放應用電路的分析過程。

（1）虛短：是指集成運放的同相輸入端和反相輸入端即好像是短路，又不是真正短路。即u+-u-≈0（實際不足1 mV）。

如果集成運放其中一輸入端接地（或通過電阻接地），即u+（或u-）=0，根據“虛短”，則u-（或u+）≈0，但這個輸入端又不是直接接地，這種情況下稱之為“虛地”。

（2）虛斷：是指集成運放的兩輸入端與內部電路即像是斷路，又不是真正斷路。即i+=i-≈0（往往不足1uA，遠小于輸入端外電路的電流）。

集成運放工作在不同區域時，分析方法不盡相同，線性應用電路可使用“虛短”、“虛斷”，而非線性應用電路僅能使用“虛斷”。

3 在分析過程中的對比

在分析集成運放應用電路時，如電路中存在負反饋，則根據電路的不同利用“虛短”、“虛斷”來進行分析；如電路在非線性區工作，應先找到專責點再進行分析。這樣對不同電路采用不同的分析方法，能迅速找到其輸入輸出的關系，如圖2所示。

4 應用上的對比

集成運放的線性應用多用作數學模擬運算、波形變換、濾波等場合。非線性應用多用于數模轉換、數字儀表、自動控制和自動檢測等技術領域，以及波形產生及變換等場合。在實際中運放線性應用的場合遠高于非線性應用的場合，由運放組成的各種信號運算電路及其信號變換電路均屬于線性應用。

4.1線性應用電路

4.1.1完成信號運算功能

集成運放線性應用可以完成信號的比例運算、加法以及減法運算。以反相比例運算電路為例進行仿真，電路中參數設置如圖3（a）所示，得到仿真結果如圖3（b）所示，觀察輸入輸出的關系（其中紅色正弦曲線表示輸入信號，藍色正弦曲線表示輸出信號），可以得到輸出信號是輸入信號反相、并按比例放大后的結果。

4.1.2 完成信號變換功能

積分電路可將方波變換為三角波，微分電路可將方波變換為正負尖脈沖，如積分運算電路、微分運算電路。此外，集成運放線性應用還可以完成濾波功能。

4.2 非線性應用電路

集成運放非線性應用主要指比較器和信號發生器。比較器可以完成信號的比較、變換作用；信號發生器有矩形波和正弦波發生器兩種。

參考文獻

[1]趙建中，寅英.集成運放及其應用.內蒙古科技與經濟，2002， （7）：105-106

[2]王岳昭.集成運放電路分析方法探析.寧夏大學學報，2001，22（4）：399-402

作者簡介

相方園（1982-），女，山東臨沂人，碩士，講師。