運算放大器基本應(yīng)用電路

1.反饋電路
運算放大器在實際應(yīng)用中常常需要外加反饋電路。因為運算放大器的開環(huán)增益很高，而實際應(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，運算放大器的性能也會得到很大改善。

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。由于理想運算放大器的輸入阻抗為無窮大，因此ia= 0 ，而a點的電位為

?

?

上式說明，只要AUD足夠大，運算放大器輸出電壓與輸入電壓就成為簡單的倍數(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 點電位。
根據(jù)開環(huán)增益的表達(dá)式，得

如果AUD 為無限大，而Uo是一個有限值，則必有Va >0 ，即a 點電位接近于地電位，此時

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

通過將負(fù)反饋電路引入運算放大器，可以很方便地設(shè)計出增益可以精確控制的放大器，而且增益與運算放大器的內(nèi)部參數(shù)無關(guān)。

2. 調(diào)零電路
由于運算放大器制造工藝等原因，當(dāng)運算放大器輸入端短路，為零輸入時，輸出端并不為零。為了解決這一問題，在設(shè)計集成運算放大器時專門留有外接調(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)部輸入差動放大級集電極，用改變集電極電壓差的方法調(diào)整零點;也可以在集成運算放大器的輸入端接上電位器RP2 ，讓偏流流過RP2 ，有意造成兩輸入偏流不平衡，以此來實現(xiàn)調(diào)零。

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

如果一個集成運算放大器的輸入失調(diào)電壓U10過大，甚至無法調(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)點是電路結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性較廣;缺點是將使電位器產(chǎn)生的溫漂、噪聲及電源波動引入運算放大器，使有些指標(biāo)下降。

3.防阻塞電路
如果在運算放大器的反相輸入端加入過大的信號或有較大的干擾，放大器往往不能正常工作，會出現(xiàn)信號加不進(jìn)去或輸出間歇等現(xiàn)象。這時必須斷電后重新加電或把信號去掉一段時間才能恢復(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充電后沒有放電回路或共模輸入電壓超過規(guī)定值，也會出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象。

為了防止阻塞，首先要防止輸入級三極管飽和，這時可以采取三極管自動斷開強(qiáng)信號或用二極管進(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
運算放大器是一個增益很高的器件，使用中加入深負(fù)反饋，才會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帶來相移，當(dāng)這種相移滿足180°時，將使負(fù)反饋變成正反饋，從而產(chǎn)生寄生自激振蕩，使運算放大器無法正常工作。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)退捆的方法來解決。高頻端的自激振蕩則應(yīng)采用相位補(bǔ)償法來消除。

集成運算放大器的相位補(bǔ)償，可以通過在補(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)來實現(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，適合于對頻帶要求不高的場合。

(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值較大時才用。
(3)綜合補(bǔ)償電路
圖18-50 所示電路為8FCI 集成運算放大器的綜合補(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
的辦法就是采用場效應(yīng)管組成輸入級并加在放大器之前，如圖18-51 所示。

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

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，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 所示電路是一個利用互補(bǔ)推挽輸出的方式來擴(kuò)大電流的電路。當(dāng)Ui=0 時，Uo = 0 ，有電流流過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。這個電路的缺點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，可以將運算放大器輸出電流經(jīng)VT1 、VT2的集電極輸出去椎動互補(bǔ)推挽輸出級。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，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。