运算放大器基本应用电路
运算放大器基本应用电路
1.反馈电路
运算放大器在实际应用中常常需要外加反馈电路。因为运算放大器的开环增益很高，而实际应用中所需的增益并不很高，这就需要外加负反馈电路构成闭环，以获得相应的功能。另外，在深度反馈条件下，运算放大器的性能也会得到很大改善。
图18 -43 是同相输入的反馈放大器电路。从输出端至反相输入端外加负反馈电阻Rf，输入电压从同相端输入。由于理想运算放大器的输入阻抗为无穷大，因此ia= 0 ，而a点的电位为
上式说明，只要AUD足够大，运算放大器输出电压与输入电压就成为简单的倍数关系，闭环增益只取决于电阻比 
，而与其他参数无关。
图18-44 所示电路是反相输入的反馈放大器电路。从输出端至反相输入端外加负反馈电阻Rf，输入电压Ui从反相端输入。由于i'a二0 ，所以ia =if ， 即
式中: Va--a 点电位。
根据开环增益的表达式，得
如果AUD 为无限大，而Uo是一个有限值，则必有Va >0 ，即a 点电位接近于地电位，此时
式中的负号表示输出电压与输入电压相位相反。
上式说明，只要AUD足够大，这个放大器的闭环增益就只决定于电阻Rf和R1的比值，而与其他参数无关。
通过将负反馈电路引入运算放大器，可以很方便地设计出增益可以精确控制的放大器，而且增益与运算放大器的内部参数无关。
2. 调零电路
由于运算放大器制造工艺等原因，当运算放大器输入端短路，为零输入时，输出端并不为零。为了解决这一问题，在设计集成运算放大器时专门留有外接调零电路的端口，只要接入调零电路，就可以使输出端调为零了。
常见的调零电路如图18-45 所示。
在图18-45 (a) 中，电位器RP1接在内部输入差动放大级集电极，用改变集电极电压差的方法调整零点;也可以在集成运算放大器的输入端接上电位器RP2 ，让偏流流过RP2 ，有意造成两输入偏流不平衡，以此来实现调零。
对于有些低漂移和输入电流很小的运算放大器飞可根据偏零点的极性在输入放大级的集电极井上一个高阻值电位器，使集电极电阻不平衡，而改变输入级的电位差，使输出为零，如图18-45 (b) 所示。
如果一个集成运算放大器的输入失调电压U10过大，甚至无法调零，可以采用辅助调零电路，如图18-46 所示。
辅助调零电路采用引人电流帮助平衡，在图18-46 (a) 所示电路中由反相输入端引入电流，在图18-46 ( b) 所示电路中由同相输入端引入电流。这种辅助引人电流调零电路的优点是电路结构简单，适应性较广;缺点是将使电位器产生的温漂、噪声及电源波动引入运算放大器，使有些指标下降。
3.防阻塞电路
如果在运算放大器的反相输入端加入过大的信号或有较大的干扰，放大器往往不能正常工作，会出现信号加不进去或输出间歇等现象。这时必须断电后重新加电或把信号去掉一段时间才能恢复正常。这种现象叫阻塞，又叫闭锁。这多是由于输入级的三极管饱和、反相输入端和输出端失去相位相反的性质，电路变成正反馈而造成的。如果电路中的某一大电容被大信号充电后没有放电回路或共模输入电压超过规定值，也会出现阻塞现象。
为了防止阻塞，首先要防止输入级三极管饱和，这时可以采取三极管自动断开强信号或用二极管进行钳位的方法加以解决，具体的电路如图18-47 所示。
4.消振电路
运算放大器是一个增益很高的器件，使用中加入深负反馈，才会使放大器获得较好的闭环特性。但负反馈电路往往又给较高频率信号带来相移，当这种相移满足180°时，将使负反馈变成正反馈，从而产生寄生自激振荡，使运算放大器无法正常工作。在低频端，自激振荡的产生多是由公共电源耦合造成的，这可以用加强退捆的方法来解决。高频端的自激振荡则应采用相位补偿法来消除。
集成运算放大器的相位补偿，可以通过在补偿引出线、输入端引出线和输出端引出线间外接适当的RC 网络来实现。主要有以下几种电路:
(1)相位滞后补偿电路
相位滞后补偿电路如图18-48 所示。其中CB为补偿电容，它可以使电路增益的附加相移增大，适合于对频带要求不高的场合。
(2) 相位导前补偿电路
相位导前补偿电路如图18-49 所示。CB为补偿电容，它可以使电路增益的附加相移减小。这种方法可以使频带增宽，但只在Rf/Rr值较大时才用。
(3)综合补偿电路
图18-50 所示电路为8FCI 集成运算放大器的综合补偿电路。输入电路中的R2 、C2为外接相位滞后的补偿元件;补偿引出线上的C1和内部电阻组成相位导前补偿电路。这种综合补偿电路的增益为40dB ，其带宽可达20MHz 。
5. 提高输入阻抗电路
用在微电流放大或信号内阻较大情况下的放大电路，都需要具有很高的输入阻抗，有时甚至达到1 X 10 12Ω，以上。要想提高输入阻抗，最直接
的办法就是采用场效应管组成输入级并加在放大器之前，如图18-51 所示。
图中R3 用来稳定VT2 静态工作点， R1、R2 和RP1用来取得前置放大级输出电压的平衡。
6. 提高负载能力电路
一般通用型集成运算放大器的负载能力较弱，
它的允许功耗仅为几十毫瓦，最大输出电流也只有十毫安。所以，当负载需要较大的电压或电流时，就需要有在它的输出端附加带扩展功能的电路。
(1)扩大输出电流电路
图18-52 所示电路是一个利用互补推挽输出的方式来扩大电流的电路。当Ui=0 时，Uo = 0 ，有电流流过Rb 、VD1 、VD2 和VT1、VT2 的基极回路，供给VT1、VT2偏流，使其工作在甲乙类放大状态，以减少交越失真。这个电路的缺点是它不能提高电压变化范围。
(2) 扩大电流和电压变化范围的电路
能同时扩大电流和电压变化范围的电路如图18-53 所示。图中VT 1 、VT2 接在运算放大电路的电源输入端，一方面可以起到降压的作用，另一方面用于共基极放大，可以将运算放大器输出电流经VT1 、VT2的集电极输出去椎动互补推挽输出级。由于VT 1 、VT2的发射极分别接在±30V 的电源上，所以在负载RL两端的电压变化范围将接近±30V 。与此同时，输出电流的变化也可以得到扩大，因此这种电路可以输出较大的功率。
