探究基本放大電路的最佳設(shè)計(jì)和集成運(yùn)算放大器線性應(yīng)用的補(bǔ)充

努爾波拉提.馬米（新疆應(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系,新疆 奎屯 833200）

探究基本放大電路的
最佳設(shè)計(jì)和集成運(yùn)算放大器線性應(yīng)用的補(bǔ)充

努爾波拉提.馬米
（新疆應(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系,新疆 奎屯 833200）

集成運(yùn)算放大器的用途越來越廣泛，它能夠把人們?cè)谶^去都知道的全部的基礎(chǔ)電路功能完全實(shí)現(xiàn)。集成運(yùn)算放大器的出現(xiàn)，給電路設(shè)計(jì)人員減輕了多方面的負(fù)擔(dān)，主要是在制作一般的放大器不要進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、電路元件的選擇配送以及調(diào)整組裝等過程。

放大電路；集成運(yùn)算放大器；線性應(yīng)用

在電子電路中，其基本的單元是放大電路，目前，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和電路發(fā)展的改進(jìn)，基本放大電路應(yīng)用范圍越來越廣泛。所以，在集成化高速發(fā)展的環(huán)境下，學(xué)習(xí)掌握基本放大電路的原理和分析設(shè)計(jì)是非常重要的。

1　對(duì)基本放大電路進(jìn)行最佳設(shè)計(jì)

（1）放大電路進(jìn)行工作時(shí)的影響因素。放大電路在進(jìn)行工作時(shí)，不僅受到其自身參數(shù)的影響，而且還受輸入信號(hào)、靜態(tài)工作點(diǎn)、工作電源電壓、環(huán)境溫度變化的影響。在這些因素中，對(duì)電路工作影響最大的是靜態(tài)工作點(diǎn)（也就是Q點(diǎn)），由于放大電路動(dòng)態(tài)范圍需要進(jìn)行不失真的輸出，而Q點(diǎn)的選擇將對(duì)這個(gè)起決定性的作用，從這一點(diǎn)來說，放大電路的放大能力很大程度上受Q點(diǎn)的影響。

（2）最佳的集電極動(dòng)態(tài)放大輸出范圍。

要確定最佳的動(dòng)態(tài)范圍，就是要在電源電壓、電路參數(shù)一定的情況下，怎樣把Q點(diǎn)進(jìn)行確定，以保證在輸出端能夠得到最大的輸出能力。在圖1中，只有當(dāng)Vc在高和低兩個(gè)方向的最大變化幅度呈對(duì)稱時(shí)，才可以達(dá)到最佳的計(jì)算范圍。由于有極高的信號(hào)頻率，在動(dòng)態(tài)時(shí)發(fā)射極電位Ve與靜態(tài)工作點(diǎn)保持相等[1]。在這里假定晶體管的管降壓Uce在最低時(shí)為1V，Vc進(jìn)行輸出開路時(shí)，方向在上和在下的變化一次是：

向上：△Vc+=IcRc向下：△Vc-=Vc-IeRe-I.如果要得到最佳的動(dòng)態(tài)范圍，就要求Vc把整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍分成相等的兩個(gè)部分才可以,即就是△Vc+=△Vc-。又因?yàn)镮c約等于Ie,根據(jù)向上和向下兩個(gè)公式可得到以下方程式：Ucc-IcRe-U=2ReRc,進(jìn)一步求出Vc,就能夠?yàn)殪o態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整提供理論基礎(chǔ)[2]。這個(gè)計(jì)算方法可以更好地加深對(duì)放大電路的工作原理的理解，同時(shí)也可以有效地指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)操作。

2　集成運(yùn)算放大器線性應(yīng)用的補(bǔ)充

（1）集成運(yùn)算放大器的工作原理。集成運(yùn)算放大器是一種可以進(jìn)行高電壓放大倍數(shù)的最直接耦合多級(jí)的放大電路。在把不同的非線性或者線性元器件在外部進(jìn)行接入，最后形成輸入和負(fù)反饋電路的情況下，能夠把各種既定的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行很好地完成。在進(jìn)行線性應(yīng)用時(shí)，可形成積分、微分、加減法、比例、對(duì)數(shù)等多個(gè)模擬電路。

（2）集成運(yùn)算放大器的基本運(yùn)算電路

1）減法電路。

圖2所示的是集成電路的減法運(yùn)算圖，第一級(jí)為反相比例放大電路，如果Rf=R1時(shí)，則ui1=ui2；第二級(jí)是反相加法電路，就有公式導(dǎo)出

U0=-Rf/R2(ui1+ui2)=Rf/R2(ui3-ui2)

如果R2=R1，則變成U0=ui1-ui2。在減法電路進(jìn)行反相輸入時(shí)，其結(jié)構(gòu)出現(xiàn)虛池，致使放大電路不可能形成共模信號(hào)，因此，就可以準(zhǔn)許Ui1、Ui2的具有范圍很大的共模電壓，并使其具有較低的輸入阻抗。能夠最大限度地提高運(yùn)算精度，減小溫漂，因此在電路的相同端需要做出平衡電阻的加入連接[3]。

2）積分電路。運(yùn)用虛地概念，使Uo=0,U1=0,因此U1=U0=U,電容C就以電流I=Us/r進(jìn)行充電。再假設(shè)電熱器c的初始電壓是零，則U1-U0=1/C∫idt=1/C∫idt1=1/C∫us/rdt,U0=-1/RC∫Usdt.由此可以看出，輸出電壓U0是輸入U(xiǎn)s對(duì)時(shí)間進(jìn)行的積分，其中的負(fù)號(hào)表示兩者是相反的相位。

進(jìn)行積分計(jì)算時(shí)，經(jīng)常會(huì)因如下的原因出現(xiàn)積分誤差，有集成運(yùn)算輸入偏置電流、失調(diào)的電壓、失調(diào)的電流等這些因素的影響。比如：當(dāng)Us=0,Uo不等于0時(shí)，并且進(jìn)行逐漸地改變時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)誤差電壓的輸出。針對(duì)這種情況，可以選擇運(yùn)用Uio.Uib、Iio進(jìn)行對(duì)和低漂移的運(yùn)放，可以把能夠調(diào)整的電壓阻介入在電路的同相輸入端。或者是運(yùn)用由FET構(gòu)成的BIFET對(duì)電路輸入級(jí)進(jìn)行運(yùn)放。

電路產(chǎn)生積分誤差還有一個(gè)重要的原因就是積分電容器C存在漏電流的現(xiàn)象，采用如聚苯乙烯、薄膜電容等這些泄漏電阻較大的電容器，就可以很大程度上減少這種積分誤差。

3　結(jié)束語

運(yùn)算放大器在以前是電子電路計(jì)算機(jī)的一個(gè)最基本的存在部件，其實(shí)，它在本質(zhì)上來講，是一種高效增益的放大器，它與外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效的反饋配合，就可以使它容易地完成在輸出與輸入電壓之間的多種特定的函數(shù)關(guān)系，所以，集成運(yùn)算放大器具有對(duì)不同信號(hào)進(jìn)行處理、組合、運(yùn)算的功能。

[1]韋穗林.集成運(yùn)算放大器構(gòu)成交流放大電路的分析和設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù),2009,36(08):26-28.

[2]李鵬.集成運(yùn)算放大器的誤差分析[J].硅谷,2013,(15):47-48,50.