電子論文集成運放電路設計錯誤

　　若對集成運放的電源供電條件和集成運放的相關參數(shù)了解不夠，這篇電子論文認為電路設計容易出錯或電路指標不理想。設計單電源供電的AC放大器時，應將直流工作平移至電源電壓的一半，設計DC放大器時，應采用低輸入失調電壓的集成運放�！�中國集成電路》(月刊)創(chuàng)刊于1992年，是由中國信息產業(yè)部主管，中國半導體行業(yè)協(xié)會/集成電路設計分會主辦的全國性專業(yè)電子刊物。自創(chuàng)刊以來，一直致力于IC市場應用分析，介紹先進的IC設計、制造、封裝工藝和技術以及先進的組織形式和管理經驗。在業(yè)界形成了一定影響和良好口碑，并隨中國集成電路產業(yè)一同成長。

　　【摘要】針對電子技術初學者，以AC放大器的電路設計為例，介紹單電源供電條件下的集成運放電路設計的典型錯誤，以DC放大器的電路設計為例，介紹集成運放的輸入失調電壓指標如何決定電路設計成敗，給出具體電路和問題解決方法。

　　【關鍵詞】集成運放;AC放大器;DC放大器

　　1前言

　　集成運算放大器(簡稱集成運放)具有功能強、易用諸多優(yōu)點，被廣泛應用于音頻電壓放大、儀表信號放大、信號濾波等場合，其已成為電子電路尤其是模擬電路的標準器件，也是模擬電子技術課程教學的主要內容之一。為了使入門者更容易理解集成運放的工作原理和更容易解釋集成運放電路，在教學中常使用集成運放的理想運放模型，如視輸入阻抗無窮大、輸出阻抗為零、開環(huán)電壓增益無窮大和零輸入失調電壓。在DC放大器設計中，集成運放的零輸入失調電壓參數(shù)對電路設計影響很大，同一電路設計，因選擇不同的集成運放，所得結果差異巨大，甚至電路完全不能工作。傳統(tǒng)運放電路，通常隱藏公用電源腳，且默認為正負對稱雙電源供電，而當前，隨著電子產品小型化趨勢到來，很多場合并不能提供正負對稱雙電源，而只能提供單電源，由于很多初學者對集成運放電源的供電認識模糊，在設計單電源供電的AC放大器時，不對電路進行相關改造，而是直接用單電源代替雙電源，導致電路工作不正常。

　　2AC放大器設計錯誤分析

　　圖1為典型的AC放大器，電路采用LM358集成運放，采用正負對稱的雙電源供電，交流信號的電壓放大倍數(shù)AV=1+R2/R3=23，輸入阻抗Ri=R1=1K。C1為耦合電容，隔掉信號源中的直流成份，C2對直流開路，使直流電壓產生100%負反饋，從而穩(wěn)定直流工作點，C2對交流信號相當于短路，從而不影響交流信號的電壓放大倍數(shù)。無信號輸入時，正相輸入端、反相輸入和輸出端的直流電壓都約為0V，有信號時，輸出端電壓在0V基礎上變化。不少塊合，如電池供電時，無法提供正負對稱的雙電源，不少初學者由于對集成運放的供電和集成運放電路的直流工作點認識模糊，在設計AC放大器時，直接用單電源代替雙電源，設計電路如圖2所示。圖2電路，無信號輸入時，正相輸入端、反相輸入和輸出端的直流電壓都約為0V，而當有交流信號輸入時，輸入信號為正極性時，輸出端可以輸出放大后的正極性電壓，而輸入信號為負極性時，輸出端不可能輸出負極性電壓，導致產生嚴重的失真。單電源供電條件下，正確的電路設計如圖3所示。圖3電路增加了電阻R4、R5和電容C3、C4，電阻R4和R5阻值相等，提供7.5V直流電壓給集成運放的正相輸入端，從而使集成運放的正相輸入端、反相輸入端和輸出端的直流電壓都提升至7.5V。當輸入交流信號時，輸出端電壓就可以在7.5V基礎上進行上下擺動，從而完成交流信號的不失真放大。電容C3為濾波電容，電容C4為輸出耦合電容，起到隔直通交作用。

　　3DC放大器設計錯誤分析

　　DC放大器大量應用于傳感器信號放大和自動控制場合，圖4為一典型的60dB電壓增益的DC放大器，電路包括兩級電壓放大，每級電壓放大倍數(shù)為34倍。仿真測試時，若選擇理想集成運放模型，零輸入時(輸入端短路)，輸出端電壓為0V，1mV輸入時，輸出1V，電路實現(xiàn)設計要求;若選擇常用LM358集成運放，仿真測試發(fā)現(xiàn)，零輸入時，輸出端電壓3.22V，發(fā)生了嚴重偏離，電路完全不可用。其實，真實的集成運放所組成的DC放大器，零輸入時，輸出端不可能零輸出，輸出電壓為:VO=Vios×Avd其中，Vios為集成運放的輸入失調電壓參數(shù)，Avd為放大器閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。不同的集成運放，其輸入失調電壓參數(shù)相差甚遠，理想運放，視輸入失調電壓為零，因此，采用理想運放的DC放大器，零輸入時，可實現(xiàn)零輸出。而常用的LM358運放，其輸入失調電壓達mV級別，因此，60dB電壓增益的DC放大器，其輸出誤差可達數(shù)V之大。解決辦法是選擇低輸入失調電壓的集成運放，如OP07，其輸入失調電壓低至幾nV，用在本電路，輸出端誤差能控制在毫伏級別。

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