集成運(yùn)算放大器在電子線路中的運(yùn)用

卞嘉睿

摘 要 集成運(yùn)算放大器是通用電路元件中的重要組成部分，是基本電路功能的總和，自身的用途比較廣泛，為了突出集成運(yùn)算放大器的優(yōu)勢，加大研究其在電子線路中的運(yùn)用具有必要性。本文主要是對集成運(yùn)放在模擬運(yùn)算電路、低電平數(shù)據(jù)放大器、有沅濾波器、脈沖數(shù)字電路四方面的運(yùn)用情況進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】集成運(yùn)算放大區(qū) 電子線路

線性集成電路在六十年代中期開始迅速發(fā)展，在1967年正式提出了模擬電路的概念，模擬電路主要是指將數(shù)字電路以外的電路統(tǒng)稱為模擬電路，模擬電路主要分為線性電路與非線性電路兩種，其中線性電路主要是指輸出對輸入信號的變化呈線性關(guān)系的電路，后者主要是指輸出對輸入信號的變化不呈線性關(guān)系的電路。集成運(yùn)算放大器自身具有較強(qiáng)的通用性功能，將其應(yīng)用到線性模擬集成電路中，對提升集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用效果，提升使用功能具有重要作用。

1 集成運(yùn)放在模擬運(yùn)算電路中的應(yīng)用

模擬運(yùn)算電路時(shí)集成運(yùn)放的基本應(yīng)用領(lǐng)域，在實(shí)際的應(yīng)用過程中要求展現(xiàn)出各類數(shù)學(xué)運(yùn)算功能。第一，在加、減法器中的應(yīng)用。主要是運(yùn)用輸出電壓V0和補(bǔ)償電阻Rr分別出示反相和同相加法器電路。

其中，輸出電壓V0用公式表示為：

補(bǔ)償電阻Rr用公式表示為：

如果輸入電流在運(yùn)放方向端為零，需要將電流分量在∑點(diǎn)進(jìn)行匯總后流入電阻RF中，反相加法器的相加精度主要由運(yùn)放和網(wǎng)絡(luò)電阻的開環(huán)差摸增益來決定。

以5G24型集成運(yùn)放為例進(jìn)行介紹，相補(bǔ)電容CF主要是根據(jù)單位的增益補(bǔ)償要求而制定出來的，為了確保CF的閉環(huán)穩(wěn)定性，需要通過減小反饋深度來減少CF值，將單位增益補(bǔ)償控制在最小的上升速率。為了提高單位增益反相器的上升速率，需要確保較高的閉環(huán)增益要與負(fù)反饋的減小量相當(dāng)，采用合理化的解決措施，確保有效閉環(huán)增益要等于-1。閉環(huán)增益用公式表示為：

同時(shí)，需要另R'1=R1//R2，所得出的閉環(huán)增益應(yīng)該表示為：

從以上式中可知，如果回路增益Aodβ'足夠大，需要確保附加R2與ACL的閉環(huán)增益相等，如果β'小于R2時(shí)的β，標(biāo)明反饋深度在逐漸減弱，并且相補(bǔ)電容CF也會(huì)逐漸開始減小。CF在減小過程中，會(huì)導(dǎo)致運(yùn)放開環(huán)幅頻特性發(fā)生變更。

2 集成運(yùn)放在低電平數(shù)據(jù)放大器中的應(yīng)用

低電平數(shù)據(jù)在宇航、深海、工業(yè)自動(dòng)控制等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，在實(shí)際的使用過程中，直流緩變信號會(huì)通過傳感器展現(xiàn)出緩沖和放大作用，能夠給聯(lián)機(jī)系統(tǒng)提供高精度的輸入信號。近年來，線性技術(shù)發(fā)展迅速，數(shù)據(jù)放大器從小型化逐漸向可靠性和高精度化進(jìn)行轉(zhuǎn)變。低電平數(shù)據(jù)放大器主要包括集成運(yùn)放對稱組裝式數(shù)據(jù)放大器、射極反饋式數(shù)據(jù)放大器、動(dòng)態(tài)校零數(shù)據(jù)放大器。

本段主要是對中集成運(yùn)放對稱組裝式數(shù)據(jù)放大器的應(yīng)用進(jìn)行介紹，將A1、A2作為輸入放大器的兩個(gè)運(yùn)放，將A3用作承擔(dān)減法器的作用。A1、A2、A3在實(shí)際的使用過程中主要是采用高精度低漂移運(yùn)放方法，能夠給整體運(yùn)算提供優(yōu)良的技術(shù)指標(biāo)。結(jié)合圖1所示的電路方案，要想解決征集的閉環(huán)增益，需要從原理上進(jìn)行解決，將閉環(huán)增益用ACL表示，共模抑制比用CMRR表示，電阻用R1-R0表示。如果A1-A3分別存在失調(diào)電壓現(xiàn)象，整機(jī)電流I0用公式表示為：

可知，理想的差摸閉環(huán)增益ACLO用公式表示為：

從上式中可以看出，數(shù)據(jù)放大器要想靈活的改變閉環(huán)增益，只需要改變一個(gè)電阻R0就可以完成。

3 集成運(yùn)放在有沅濾波器中的應(yīng)用

集成運(yùn)放的出現(xiàn)推動(dòng)了有沅濾波器的發(fā)展，為集成化提供了基礎(chǔ)。有沅濾波器輸出的阻抗低、輸入的阻抗高，輸出和輸入中間具有良好的隔離性能，并且在超低頻濾波和低頻濾波中展現(xiàn)出了功能的優(yōu)越性，能夠?qū)νl帶內(nèi)的傳遞系統(tǒng)進(jìn)行靈活的調(diào)整，并且具有較強(qiáng)的抗干擾能力。有沅濾波器在集成運(yùn)放中進(jìn)行應(yīng)用，需要運(yùn)用相頻特性和幅頻特性進(jìn)行描述，將用泰勒級作為主要的應(yīng)用方法，假定g（ω）和f（ω）之間具有相同的性質(zhì)，需要運(yùn)用泰勒級數(shù)對其進(jìn)行展開，設(shè)級數(shù)在（ω1、ω2）區(qū)間內(nèi)的級數(shù)為收斂，用公式表示為：

……

……

從以上兩個(gè)函數(shù)中可以看出函數(shù)之間存在近似誤差，用公式表示為：

……

在泰勒近似方法中，需要確保近似函數(shù)I（ω）在有效頻段ω1-ω2中的原函數(shù)g（ω）與頻率ω0要保持相等。如果函數(shù)離逼近點(diǎn)遠(yuǎn)，會(huì)導(dǎo)致誤差增加。該種該方法被廣泛應(yīng)用于近似程度較好的有效頻域場所中。

4 集成運(yùn)放在脈沖數(shù)字電路中的應(yīng)用

集成運(yùn)放在負(fù)反饋閉環(huán)組態(tài)中被廣泛應(yīng)用，輸出和輸入之間展現(xiàn)出來的轉(zhuǎn)移特性與運(yùn)放自身的特性無關(guān)，與反饋網(wǎng)絡(luò)有較大的聯(lián)系。由于放大器在實(shí)際的運(yùn)用過程中兩個(gè)差動(dòng)輸入端之間存在較小的失調(diào)電壓，需要確保出處的電壓要處于飽和狀態(tài)。要想確保輸出的狀態(tài)轉(zhuǎn)移并接近于階躍地完成，將正反饋加入到運(yùn)放施加中，展現(xiàn)出運(yùn)放特性，使其在多諧振蕩器、單穩(wěn)及雙穩(wěn)電路中被廣泛運(yùn)用。在多諧振蕩器中應(yīng)用，穩(wěn)壓管限幅用公式表示為±VZ，電阻為RF，電容為C，由以上三者共同來構(gòu)成積分電路。主要加大對分壓器饋向同相端進(jìn)行應(yīng)用，提供正反饋。由于運(yùn)用在脈沖數(shù)字電路中進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，處于輸入保護(hù)狀態(tài)，會(huì)導(dǎo)致放大器的纏磨輸入電阻減少，為了確保差摸輸入電阻的合理性，需要設(shè)R1>R3，R1>R4，將β作為正反饋系數(shù)，用公式表示為：

如果V0=-V2時(shí)，會(huì)導(dǎo)致輸出的電壓呈現(xiàn)出負(fù)向或正向飽和現(xiàn)象。如果V0=-VZ，需要將運(yùn)放同相段的電壓表示為-βVZ。要想確保電容和所跨電壓不能隨時(shí)發(fā)生突變現(xiàn)象，需要將輸出的電壓通過電阻向C充電，做好指數(shù)地建立工作。并且需要做好反向端段壓V1要略負(fù)于-βVZ，確保運(yùn)放輸出需要滿足翻轉(zhuǎn)狀態(tài)。要想確保V0能夠變成正飽和（+VZ），維持飽和狀態(tài)，需要通過正反饋來實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，還需要通過RF對C進(jìn)行充電，要確保V1略正于βVZ時(shí)，再做好輸出狀態(tài)的再次翻轉(zhuǎn)工作。通過不斷旋轉(zhuǎn)的過程，來確定輸出的頻率呈現(xiàn)方波狀態(tài)。

5 結(jié)論

綜上所述，集成運(yùn)算放大器在電子線路中的運(yùn)用分析可知，集成運(yùn)算放大器被廣泛應(yīng)用于各種技術(shù)領(lǐng)域中，突破了傳統(tǒng)集成工藝的限制，實(shí)現(xiàn)了在運(yùn)算放大器工藝中的突破和創(chuàng)新。并且改善了電路的性能，促使電路的可靠性大大提高。幫助人們跨越了調(diào)整和組裝較為復(fù)雜的運(yùn)放電路階段，確保了通用器件使用的靈活性，推動(dòng)集成運(yùn)算進(jìn)入新的發(fā)展階段。

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