集成运算放大器原理

这是我看过的最好的集成放大器使用内容,介绍了(a) 非倒相放大电路 (b) 倒相放大电路 (c) 差分放大电路 以及实际放大器遇到的情况(a) 输入偏置电流( )的影响 (b) 输入位移电流( )的影响 (c) 输入位移电压( )的影响

运算放大器的基本工作原理

理想运算放大器的工作原理

关于运算放大器的概念，前面虽然已经介绍过了，这里再稍微详细的介绍一下。 由于运算放大器的增益极高，所以不能在两输入端之间加上输入信号，而一定要用作反馈放大器。这种运算放大器基本上可分为图 2 － 9 所示的非倒相放大电路和图 2 － 10 所示的倒相放大电路两类。

(a) 非倒相放大电路

首先，我们来讨论非倒相放大电路。设 IN+ 端和 IN －端的电压分别为

为运算放大器的增益无限大，则为要获得有限的输出电压，则

=

和

，并认

。这点则是运算放

大器工作中的一大特征。在此前提下，分析电路工作就能变得十分简单。根据此特征，输入与输出的关系为：

(b) 倒相放大电路

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下面我们来分析倒相放大电路。

= ，这点是与非倒相放大电路情况相同的， 所以

端处为 0V 。恰似接地，所以被叫做假想接地。

=0V 。这样，尽管有输入信号，然而

于是，若讨论流经

、

的电流 I ，由于运算放大器的输入电流为 0 ，则

据此，可得出输入与输出的关系

可见，非倒相放大器和倒相放大电路，是从对应于输入，其输出是否倒向这一事实出发而得名的。

(c) 差分放大电路

如图 2 － 11 所示，可将两个这种放大电路组合成差分放大电路。

和

分压而得

端的电压

由

流经

和

的电流 I 为

由上述两式可得

其中，如设

＝

，

＝

，则

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即差分放大器能够获得

和

之差成正比的输出。

实际的运算放大器

以上所述是均是理想的运算放大器的情况。实际上，运算放大器的增益不可能无限大，有电流向

、

端子流入（或流出），并且其电流不一定相等。即使在无信号时，

、

之间也有一定的电压。

(a) 输入偏置电流()的影响

如果运算放大器的输入级由晶体管构成，要使电路能正常工作，应有偏置电流（基极电流）

流过。该输入偏置电流流经反馈电阻时，会产生压降，从而造成输出误差。

在图 2 － 12 电路中，尽管无输入，但是在输出端也会出现位移电压

。此

为：

由于

，设

＝

// ( 与

并联的值 ) ，则

串连时，若设

＝ 0 ，输入偏，则

＝

流的影响消失。并且，采取 C 耦合，将电容器与

0 。

对于采用场效应管构成输入级的运算放大器，由于输入偏流几乎可以忽略不计，不必产生过去的顾虑。但是，由于采用场效应管输入的运算放大器来讲，如果温度上升 10 摄氏度 ，则输入偏流将增高两倍，因此，这种运算放大器必须避免在高温情况下使用。

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(b) 输入位移电流（

）的影响

在前项中，设

同，

与

端、

端的输入偏流

、

相等，但实际上二者之间多少有些不

之差被叫做输入位移电流。

当设定常数，而使输入偏流不致产生影响时，因输入位移电流

为：

＝

.

所造成的输出位移电压

它与

与

无关，于是对于通过双极型输入运算放大器来讲，

值更大时，应使用场效应管输入运算放大器。

的上限值为

100

，希望

(c) 输入位移电压（

）的影响

在造成输出误差的原因中，有输入偏流，输入位移电流，还有输入位移电压。

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如图 2 － 13 所示，虽然没有信号，然而工作时宛如在输入端加上了

在输出端出现了增益倍数的

值得设定来减小其影响。

的电压。因此，

电压。这与输入偏流和输入位移电流不同，不能通过电阻

因此，对单运算放大器来讲，一般具有片位移电压调节端子，如图 2 － 14 所示，接入可变电阻，可以将位移调整为 0 。

(3) 参数的设定

现在来分析图 2 － 15 所示的非倒相放大电路。以此电路制作增益 10 （ 20dB ）的放大电路时，增益

为：

因此，

与

、

的绝对值无关，可有其比值决定。

当反馈电阻过小时

现设

、

，计算出

＝ 10 。那么在实际使用运算放大器，采用上述电

阻值时，看看是否能获得增益为 10 的放大电路。

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回答是否定的。其原因在于，对于运算放大器来讲，

则与此对应的电流将流经

计算，

、

是负载，若

出现振幅，

。一般的运算放大器的输出电流不超过 20mA 。若按此

仅会出现在振幅为 200mV 左右的信号（图 2 － 16 ）

并且，由于开环增益大大下降，不仅得不到必要的增益（这里为 10 ），而且失真率也大大增加了。

反馈电阻过大时

那么设

、

，情况又将如何呢？这样一来，前述情况不存在了。此

时，无论增益，还是振幅均可获得需要的数值。

然而，现在又会出现其他的问题。流经

端子的输入偏流的影响不能完全忽略不计，

出现输出位移，最坏的情况下输出将出现饱和现象。

寄生电容的影响也不能忽视，当信号频率增高时，增益将失常，电阻引起的热噪声的影响增加，输出噪声会增加。 反馈电阻适当的范围

如上所述，

选取

、

的值存在着一个适当的区域，这个区域通常为几百欧至几千欧。通常，

为几千欧至 …… 此处隐藏：1560字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……