探究基本放大電路的最佳設計和集成運算放大器線性應用的補充

努爾波拉提.馬米（新疆應用職業技術學院機電工程系,新疆 奎屯 833200）

探究基本放大電路的
最佳設計和集成運算放大器線性應用的補充

努爾波拉提.馬米
（新疆應用職業技術學院機電工程系,新疆 奎屯 833200）

集成運算放大器的用途越來越廣泛，它能夠把人們在過去都知道的全部的基礎電路功能完全實現。集成運算放大器的出現，給電路設計人員減輕了多方面的負擔，主要是在制作一般的放大器不要進行電路設計、電路元件的選擇配送以及調整組裝等過程。

放大電路；集成運算放大器；線性應用

在電子電路中，其基本的單元是放大電路，目前，隨著科學技術的不斷進步和電路發展的改進，基本放大電路應用范圍越來越廣泛。所以，在集成化高速發展的環境下，學習掌握基本放大電路的原理和分析設計是非常重要的。

1　對基本放大電路進行最佳設計

（1）放大電路進行工作時的影響因素。放大電路在進行工作時，不僅受到其自身參數的影響，而且還受輸入信號、靜態工作點、工作電源電壓、環境溫度變化的影響。在這些因素中，對電路工作影響最大的是靜態工作點（也就是Q點），由于放大電路動態范圍需要進行不失真的輸出，而Q點的選擇將對這個起決定性的作用，從這一點來說，放大電路的放大能力很大程度上受Q點的影響。

（2）最佳的集電極動態放大輸出范圍。

要確定最佳的動態范圍，就是要在電源電壓、電路參數一定的情況下，怎樣把Q點進行確定，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Vc在高和低兩個方向的最大變化幅度呈對稱時，才可以達到最佳的計算范圍。由于有極高的信號頻率，在動態時發射極電位Ve與靜態工作點保持相等[1]。在這里假定晶體管的管降壓Uce在最低時為1V，Vc進行輸出開路時，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態范圍，就要求Vc把整個動態范圍分成相等的兩個部分才可以,即就是△Vc+=△Vc-。又因為Ic約等于Ie,根據向上和向下兩個公式可得到以下方程式：Ucc-IcRe-U=2ReRc,進一步求出Vc,就能夠為靜態工作點的調整提供理論基礎[2]。這個計算方法可以更好地加深對放大電路的工作原理的理解，同時也可以有效地指導實驗操作。

2　集成運算放大器線性應用的補充

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

（2）集成運算放大器的基本運算電路

1）減法電路。

圖2所示的是集成電路的減法運算圖，第一級為反相比例放大電路，如果Rf=R1時，則ui1=ui2；第二級是反相加法電路，就有公式導出

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

如果R2=R1，則變成U0=ui1-ui2。在減法電路進行反相輸入時，其結構出現虛池，致使放大電路不可能形成共模信號，因此，就可以準許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進行充電。再假設電熱器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Us對時間進行的積分，其中的負號表示兩者是相反的相位。

進行積分計算時，經常會因如下的原因出現積分誤差，有集成運算輸入偏置電流、失調的電壓、失調的電流等這些因素的影響。比如：當Us=0,Uo不等于0時，并且進行逐漸地改變時，就會導致出現誤差電壓的輸出。針對這種情況，可以選擇運用Uio.Uib、Iio進行對和低漂移的運放，可以把能夠調整的電壓阻介入在電路的同相輸入端。或者是運用由FET構成的BIFET對電路輸入級進行運放。

電路產生積分誤差還有一個重要的原因就是積分電容器C存在漏電流的現象，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　結束語

運算放大器在以前是電子電路計算機的一個最基本的存在部件，其實，它在本質上來講，是一種高效增益的放大器，它與外部網絡進行有效的反饋配合，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關系，所以，集成運算放大器具有對不同信號進行處理、組合、運算的功能。

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

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