淺談集成運放在廣播發射機中的應用

王席山

【摘要】 集成運算放大器廣泛應用于電子技術的各個領域，根據集成運算放大器的特點對集成運放的基本原理和電路形式作簡要分析以及在廣播發射機中的應用進行探討。

【關鍵詞】 集成運算 放大器 電路

【abstract】 Integrated operational amplifier is widely used in various fields of electronic technology， according to the characteristics of integrated operational amplifier of integrated operational amplifier principle and circuit form makes a brief analysis and application in radio transmitters are discussed.

【Key word】 Integration operation amplifier Circuit

隨著電子技術的不斷發展，集成運算放大器廣泛應用于電子技術的各個領域。隨著西新工程任務的完成，一批高科技的現代化的大功率廣播發射機已投入運行，集成運算放大器在新型發射機中廣泛應用。本文對集成運放的基本原理和常用的電路形式作簡要分析，以及在廣播發射機中的應用進行研究。

一、集成運放的簡介

1.1集成運放的基本性能

集成運放本身就是一個完整的高增益放大器，一般由三級直接耦合放大器組成。輸入級多為差動放大，中間級一般為單管共射放大，輸出級多為互補推挽功放電路。通常具有十萬倍以上的開環電壓增益，兆歐級以上的差模輸入電阻，如圖（1）所示：它有兩個輸入端和一個輸出端。圖中標以“+”為同相輸入端， “-”為反相輸入端。同相與反相是指輸出信號與輸入信號的相位而言。當自同相輸入端加入相對反向端為正的信號時，輸出信號一定為正值，反之則為負值。集成運放通常需要正負對稱的雙電源供電，其工作電源范圍比較寬，一般在±2～±15V范圍均可正常供電，單電源供電時電源工作范圍一般為3～30V 。集成運算內部除放大級外，還有保護補償電路等電路，不必掌握其電路結構，根據其特性和外部電路形式對具體電路作出分析和判斷。

1.2顯著特點

1.2.1虛短

虛短是指集成運放工作在線性放大狀態時，需要的輸入信號相當弱，致使個信號輸入端可視為等電位，好像兩個輸入端內部短路。如圖（2）：通過計算輸出電壓V0最大時，需要輸入電壓Vi的數值來說明這一特點。圖2中所標，運算放大器的電源為±15V減去運放內部輸出級互補管的飽和壓降1～2V，運放輸出電壓VO最高為±13～±14V。放大倍數按十萬倍計算，運放輸入電壓Vi最高±13～±14V/105=±（130～140）μV，此時的Vi用一般的電壓表是測量不出的，所以可以將兩個輸入端視為等電位。我們稱運放的兩個輸入端點位接近 “相等”，這種現象為 “虛短”。

1.2.2“虛斷”

“虛斷”是因為運放的兩個輸入端之間的阻抗極高106～1012Ω，幾乎不吸收信號源的電流，對電流回路好像兩個輸入端內部斷路，所以稱這種想象為虛斷。在分析計算集成運放電路時，可充分應用虛斷和虛短兩個特點，使電路分析大為簡化，但切不可將電路短路或斷路，真的斷路和短路電路將不能工作。

二、集成運放的基本應用

集成運算放大電路可實現交直流信號的放大模擬運算（求和積商積分微分等）有源濾波震蕩電壓比較和AD/DA轉換等許多功能，下面僅對由運放構成的基本的放大器做簡單的介紹。

集成運算放大器在電子設備中實際需要的放大器的增益均比較低，而且要求較高的穩定性，所以集成運放用作線性放大時明顯的特點就是：在輸出端和反向輸入端之間必定有深度的負反饋網絡，從而構成所需增益的高穩定放大電路。

2.1反向放大器

反向放大器如圖（3）所示：此放大電路在PSM150KW發射機中應用較多，特點是電壓放大倍數AV僅由外接電阻RF和RI決定。根據虛短和虛斷的概念則有：VIN-=VIN+=0，II=IF；根據歐姆定律有：Ii=ViRi， If=-V0Rf所以有ViRi=-V0Rf，放大器的閉環電壓增益Av=V0Vi=-RfRi，V0=-RfRiVi，由此可知，改變電阻Rf則可改變電壓增益。該放大電路的輸入電阻R=ViIi=Ri。一般情況是先根據信號源內阻選取Ri，在根據要求的增益確定Rf。電路中R的作用是使差動輸入級左右兩邊對稱，以提高放大器的溫漂和精度指標，R值越接近Rf與RI的并聯值，溫漂越小，精度越高。

2.2同相放大器

同相放大器電路如圖（4）所示：同相放大器的特點是：輸入阻抗Ri=R，而且R可以做的很大甚至不接。同相放大器適合要求輸入阻抗高的場合。根據虛短的概念有：Vin+=Vin-=Vi，根據虛斷有：Ii=If，而Ii=ViRi，If=V0-VinRf=V0-ViRf，所以有ViRi=V0-ViRf，從上式算出同相放大器閉環電壓增益Av=V0Vi=1+RfR1，V0=（1+RfR1）Vi由此可知，其電壓增益Av僅由外接電阻Rf和Ri決定。

三、集成運算放大器在廣播發射機中的應用

3.1電壓比較器

集成運放作為電壓比較器使用時，工作在非線性區，其輸出端不是高電平，就是低電平。當同相輸入端電壓高于反向輸入端的電壓時，運發輸出高電平；同相輸入端電壓低于反向輸入端電壓時，運放輸出低電平，如圖所示：是用兩個運放組成的窗口電壓比較器，電阻R1R2為運放A1的設置的門限電壓V1；電阻R3R4為運放A2的設置門限電壓V2。當Vi>V1時，運放A1輸出高電平VOH， Vi

當輸入信號Vi在[V2，V1]區間以外時，V0輸出高電平。窗口電壓比較器電路，加上適當的取樣電路，便可以進行風量，流量溫度壓力等多種物理量的雙限檢測，進而實現保護和報警等自動控制。

3.2電壓檢測及自動調整電路

電壓檢測放大器如圖所示：A1采用反相輸入方式。輸入信號∑U包括兩部分：一是工作電源，由穩壓管DZ，限流電阻R1分壓取得，并通過R2加至A1反相輸入端。二是由A1輸出的反饋信號Uf，通過電阻R3送至反相輸入端，檢測放大器輸入信號為上述兩者的疊加。

為了使電壓檢測放大器的輸出滿足自動調整要求，電源電壓要大于反饋電壓。放大器輸出電壓UK隨輸入信號∑U的變化而變化，由于采用反相輸入方式，所以UK隨著UF的增大而減小。當放大器A1輸入電壓變化或負載變化引起輸出電壓U0變化時，將引起反饋電壓UF按比例變化，于是引起檢測放大器輸入信號∑U的變化，導致輸出電壓UK發生變化。

放大器A2通過Uk的變化，控制調制器脈寬的變化，從而為自動穩壓或穩流提供條件。脈寬調制器采用A2運算放大器構成電壓比較器，它的反相輸入端輸入給定的鋸齒波電壓Ui，同相輸入端輸入控制電壓信號Uk，A2輸出脈沖由Uk控制：當Uk>Uf時 ，A2 輸出高電平，Uk越大，輸出脈寬越大，反之，Uk越小，輸出脈寬越窄。

當A1輸出電壓變化時，引起反饋電壓Uf的變化，A1的輸入和輸出信號變化，導致A2的輸出脈寬變化，通過一系列的自動調整使放大器的輸出電壓趨于穩定。當電網電壓升高或負載減小，使放大器輸出電壓升高時，將發生下列調整：U0↑→Uf↑→∑U↓→Uk↓→U0↓。放大器輸出電壓在調整前升高的基礎上下降，故輸出電壓趨于穩定。檢測放大器的電壓放大倍數Av=R5R3，放大倍數越大時，系統調整過程穩壓精度越高。

結束語

隨著科學技術的不斷發展，大規模和超大規模的集成電路功能越來越強大，廣播發射機發展也朝著數字化、固態化、集成化方向發展。這就要求我們要掌握基本的分析方法，以適應新形勢的需要。

參 考 文 獻

[1]華成英 童詩白 主編 模擬電子技術基礎 高等教育出版社 2006.5

[2]黃小兵 主編 短波發射機維護手冊 中國書籍出版社 2011.5