集成运算扩大器构成沟通扩大电路的剖析和规划
0 导言
集成运算扩大器(简称集成运放或运放)在电子电路中运用十分广泛。运放的大都典型运用电路在各类电子技术教科书中都有具体和深化的剖析，而用集成运放构成沟通信号扩大电路许多教科书却没有介绍，有些教科书虽有介绍，可是介绍简略，剖析不全面。用集成运放构成的沟通扩大电路具有线路简略、免调试、故障率低一级长处，现在许多电子产品中的沟通扩大电路遍及选用运放构成，全面剖析集成运放构成的各种沟通扩大电路的组成和参数核算，有助于对该类电路的检修，以及合理规划和运用集成运放构成的沟通扩大电路。
1 运放沟通扩大电路的剖析
1．1 运用双电源的运放沟通扩大电路
为了使运放在零输入时零输出，运放的内部电路是按运用双电源的要求来规划的。运放沟通扩大电路选用双电源供电，可以增大动态规模。
1．1．1 双电源同相输入式沟通扩大电路
图1是运用双电源的同相输入式沟通扩大电路。两组电源电压VCC和VEE持平。C1和C2为输入和输出耦合电容；R1使运放同相输入端构成直流通路，内部的差分担得到必要的输入偏置电流；RF引进直流和沟通负反应，并使集成运放反相输入端构成直流通路，内部的差分担得到必要的输入偏置电流；由于C隔直流，使直流构满意反应，沟通通过R和C分流，构成沟通部分反应，为电压串联负反应。引进直流全反应和沟通部分反应后，可在沟通电压增益较大时，仍可以使直流电压增益很小(为1倍)，然后防止输入失调电流构成运放的饱满。
无信号输入时，运放输出端的电压V0≈0V，沟通扩大电路的输出电压U0=0V；沟通信号输入时，运放输出端的电压V0在-VEE～+VCC之间改变，通过C2输出扩大的沟通信号，输出电压uo的幅值近似为VCC(VCC=VEE)。引进深度电压串联负反应后，扩大电路的电压增益
为扩大电路输入电阻Ri=R1／／γif。γif是运放引进串联负反应后的闭环输入电阻。γif很大，所以Ri=R1／γif≈R1；扩大电路的输出电阻R0=γof≈0，γof是运放引进电压负反应后的闭环输出电阻，rof很小。
1．1．2 双电源反相输入式沟通扩大电路
图2是运用双电源的反相输入式沟通扩大电路。两组电源电压VCC和VEE持平。RF引进直流和沟通负反应，C1隔直流，使直流构满意反应，沟通通过R和C1分流，构成沟通部分反应，为电压并联负反应。为了减小运放输入偏置电流构成的零点漂移，可以挑选R1=RF。引进深度电压并联负反应后，扩大电路的电压增益为
由于运放反相输入端”虚地”，所以扩大电路的输入电阻Ri≈R；扩大电路的输出电R0=r0f≈0。
1．2 运用单电源的运放沟通扩大电路
在选用电容耦合的沟通扩大电路中，静态时，当集成运放输出端的直流电压不为零时，由于输出耦合电容的隔直流效果，扩大电路输出的电压仍为零。所以不需要集成运放满意零输入时零输出的要求。因而，集成运放可以选用单电源供电，其-VEE端接”地”(即直流电源负极)，集成运放的+Vcc端接直流电源正极，这时，运放输出端的电压V0只能在0～+Vcc之间改变。在单电源供电的运放沟通扩大电路中，为了不使扩大后的沟通信号发生失真，静态时，一般要将运放输出端的电压V0设置在0至+Vcc值的中心，即V0=+Vcc／2。这样可以得到较大的动态规模；动态时，V0在+Vcc／2值的基础上，上增至挨近+Vcc值，下降至挨近0V，输出电压uo的幅值近似为Vcc／2。
1．2．1 单电源同相输入式沟通扩大电路
图3是运用单电源的同相输入式沟通扩大电路。电源Vcc通过R1和R2分压，使运放同相输入端电位由于C隔直流，使RF引进直流全负反应。所以，静态时运放输出端的电压V0=V-≈V+=+Vcc／2；C通沟通，使RF引进沟通部分负反应，是电压串联负反应。扩大电路的电压增益为
扩大电路的输入电阻Ri=R1／R2／rif≈R1／R2，
扩大电路的输出电阻R0=r0f≈0。
1．2．2 单电源反相输入式沟通扩大电路
图4是运用单电源的反相输入式沟通扩大电路。电源V cc通过R1和R 2分压，使运放同相输入端电位
为了防止电源的纹波电压对V+电位的搅扰，可以在R2两头并联滤波电容C3，消除谐振；由于C1隔直流，使RF引进直流全负反应。所以，静态时，运放输出端的电压V0=V-≈V+=+Vcc／2；C1通沟通，使RF引进沟通部分负反应，是电压并联负反应。扩大电路的电压增益为
扩大电路的输入电阻Ri≈R，扩大电路的输出电阻R0=r0f≈0。
2 运放沟通扩大电路的规划
在规划单级运放沟通扩大电路时，
(1)挑选可以满意运用要求的集成运算扩大器。在选用电容耦合的沟通扩大电路中，由于电容隔直流，沟通扩大电路输出的温度漂移电压很小。因而，对集成运放漂移功能的要求可以下降，主要从转化速率、增益带宽、噪声等方面来考虑选用集成运放。对脉冲信号、宽频带沟通信号和视频信号等，应选用转化速率较高、增益带宽至少是最高作业频率10倍的集成运放。对音质要求比较高的音频沟通扩大电路中常选用高速低噪声的集成运放，如双运放的4558、NE5532等。
(2)确认选用双电源供电仍是单电源供电。在运用条件答应的情况下，运放沟通扩大电路尽量选用双电源供电方法，以增大线性动态规模。当集成运放双电源运用时，正、负电源电压一般要对称。且电源电压不要超越运用极限，电源滤波要好。为了消除电源内阻引起的低频自激，常常在正、负电源接线与地之间分别加0．01～0．1 μF的电容退耦。运用单电源供电时，运放同相输入端电位要小于该运放的最大共模输入电压。
(3)确认输入信号是同相输入仍是反相输入。若要求扩大电路的输入电阻比较大，应选用同相输入式沟通扩大电路。由于反相输入式沟通扩大电路输入电阻的进步会影响电压增益。由图2或图4相关核算式可知，增大反相输入式沟通扩大电路输入电阻时，该电路电压增益将减小，且电压增益也会受信号源内阻的影响。所以在规划反相输入式沟通扩大电路时，有时输入电阻和电压增益的挑选难以统筹。而选用图1或图3同相输入式沟通扩大电路时，图1中的R1偏置电阻值恰当增大，或许图3中的R1和R2分压电阻值恰当增大，就可以进步扩大电路的输入电阻，而对电压增益无影响。别的，为了有效地进步图3扩大电路的输入电阻，可以对电路做一些改善，改善电路如图5所示。
该扩大电路输入电阻Ri≈R3，当R3值 图5见原稿挑选大时，扩大电路输入电阻Ri值就大。所以明显地进步了扩大电路的输入电阻。
(4)确认沟通扩大电路电压增益。单级运放沟通扩大电路的电压增益Au一般不要超越100倍(40dB)。过高的电压增益不光会使扩大电路的通带下降，也简单感应高频噪声或发生自激振荡。假如要得到一个扩大倍数比较大的扩大器，可用两级等增益的运放电路或许多级等增益的运放电路来完成。
(5)确认沟通扩大电路中的电阻值。一般运用中阻值在1～100kΩ之间比较适宜。高速的运用中阻值在100Ω～1k Ω之间，但会增大电源的耗费。便携规划中阻值在1～10M Ω之间，但会增大体系噪声。先设定图中运放反向输入端R电阻值，依据相关电路的电压增益核算式，再预算出反应电阻RF的值。最好选用金属膜电阻，以减小内噪声。
(6)确认扩大电路中的电容值。信号耦合电容的巨细决议扩大电路的低频特性。依据沟通扩大电路信号频率的凹凸挑选耦合电容值。若扩大的是低频沟通信号，如音频信号，耦合电容值可挑选1～22 μF之间；若扩大的是高频沟通信号，耦合电容值可挑选1000pF～0．1 μ F之间。同相输入式沟通扩大电路引进直流全反应的隔直流电容值由C=1／20πfR式预算。式中f是输入信号的最低频率。音频信号的最低频率为20Hz，当R≥1k Ω时，通过上式预算，挑选C=100 μF时，现已可以满意要求。滤波电容值挑选100～1000 μ F之间。
3 结束语
在引进深度沟通负反应的情况下，运放沟通扩大电路的电压增益、输入电阻等的巨细仅与集成运放外接的电阻有关。因而，相对于三极管沟通扩大电路而言，运放沟通扩大电路的规划更便利，电路参数的一致性也较好。
