0 引言

　　集成運算放大器(簡稱集成運放或運放)在電子電路中應(yīng)用非常廣泛,。運放的多數(shù)典型應(yīng)用電路在各類電子技術(shù)教科書中都有詳細(xì)和深入的分析,，而用集成運放構(gòu)成交流信號放大電路很多教科書卻沒有介紹，有些教科書雖有介紹,，但是介紹簡單,，分析不全面。用集成運放構(gòu)成的交流放大電路具有線路簡單,、免調(diào)試,、故障率低等優(yōu)點，如今許多電子產(chǎn)品中的交流放大電路普遍采用運放構(gòu)成,，全面分析集成運放構(gòu)成的各種交流放大電路的組成和參數(shù)計算,，有助于對該類電路的檢修，以及合理設(shè)計和使用集成運放構(gòu)成的交流放大電路,。

　　1 運放交流放大電路的分析

　　1．1 使用雙電源的運放交流放大電路

　　為了使運放在零輸入時零輸出,，運放的內(nèi)部電路是按使用雙電源的要求來設(shè)計的,。運放交流放大電路采用雙電源供電，可以增大動態(tài)范圍,。

　　1．1．1 雙電源同相輸入式交流放大電路

　　圖1是使用雙電源的同相輸入式交流放大電路,。兩組電源電壓VCC和VEE相等。C1和C2為輸入和輸出耦合電容,；R1使運放同相輸入端形成直流通路,，內(nèi)部的差分管得到必要的輸入偏置電流；RF引入直流和交流負(fù)反饋,，并使集成運放反相輸入端形成直流通路,，內(nèi)部的差分管得到必要的輸入偏置電流；由于C隔直流,，使直流形成全反饋,，交流通過R和C分流，形成交流部分反饋,，為電壓串聯(lián)負(fù)反饋,。引入直流全反饋和交流部分反饋后，可在交流電壓增益較大時,，仍能夠使直流電壓增益很小(為1倍),，從而避免輸入失調(diào)電流造成運放的飽和。

　　無信號輸入時,，運放輸出端的電壓V0≈0V,，交流放大電路的輸出電壓U0=0V；交流信號輸入時,，運放輸出端的電壓V0在-VEE～+VCC之間變化,，通過C2輸出放大的交流信號，輸出電壓uo的幅值近似為VCC(VCC=VEE),。引入深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋后,，放大電路的電壓增益為放大電路輸入電阻Ri=R1／／γif。γif是運放引入串聯(lián)負(fù)反饋后的閉環(huán)輸入電阻,。γif很大,，所以Ri=R1／γif≈R1；放大電路的輸出電阻R0=γof≈0,，γof是運放引入電壓負(fù)反饋后的閉環(huán)輸出電阻,，rof很小。

　　1．1．2 雙電源反相輸入式交流放大電路

　　圖2是使用雙電源的反相輸入式交流放大電路,。兩組電源電壓VCC和VEE相等,。RF引入直流和交流負(fù)反饋，C1隔直流，使直流形成全反饋,，交流通過R和C1分流,，形成交流部分反饋，為電壓并聯(lián)負(fù)反饋,。為了減小運放輸入偏置電流造成的零點漂移,，可以選擇R1=RF。引入深度電壓并聯(lián)負(fù)反饋后,，放大電路的電壓增益為因為運放反相輸入端"虛地",，所以放大電路的輸入電阻Ri≈R；放大電路的輸出電R0=r0f≈0,。

　　1．2 使用單電源的運放交流放大電路

　　在采用電容耦合的交流放大電路中,，靜態(tài)時，當(dāng)集成運放輸出端的直流電壓不為零時,，由于輸出耦合電容的隔直流作用，放大電路輸出的電壓仍為零,。所以不需要集成運放滿足零輸入時零輸出的要求,。因此，集成運放可以采用單電源供電,，其-VEE端接"地"(即直流電源負(fù)極),，集成運放的+Vcc端接直流電源正極，這時,，運放輸出端的電壓V0只能在0～+Vcc之間變化,。在單電源供電的運放交流放大電路中，為了不使放大后的交流信號產(chǎn)生失真,，靜態(tài)時,，一般要將運放輸出端的電壓V0設(shè)置在0至+Vcc值的中間，即V0=+Vcc／2,。這樣能夠得到較大的動態(tài)范圍,；動態(tài)時，V0在+Vcc／2值的基礎(chǔ)上,，上增至接近+Vcc值,，下降至接近0V，輸出電壓uo的幅值近似為Vcc／2,。

　　1．2．1 單電源同相輸入式交流放大電路

　　圖3是使用單電源的同相輸入式交流放大電路,。電源Vcc通過R1和R2分壓，使運放同相輸入端電位由于C隔直流,，使RF引入直流全負(fù)反饋,。所以，靜態(tài)時運放輸出端的電壓V0=V-≈V+=+Vcc／2；C通交流,，使RF引入交流部分負(fù)反饋,，是電壓串聯(lián)負(fù)反饋。放大電路的電壓增益為

　　放大電路的輸入電阻Ri=R1／R2／rif≈R1／R2,，

　　放大電路的輸出電阻R0=r0f≈0,。

　　1．2．2 單電源反相輸入式交流放大電路

　　圖4是使用單電源的反相輸入式交流放大電路。電源V cc通過R1和R 2分壓,，使運放同相輸入端電位為了避免電源的紋波電壓對V+電位的干擾,，可以在R2兩端并聯(lián)濾波電容C3，消除諧振,；由于C1隔直流,，使RF引入直流全負(fù)反饋。所以,，靜態(tài)時,，運放輸出端的電壓V0=V-≈V+=+Vcc／2；C1通交流,，使RF引入交流部分負(fù)反饋,，是電壓并聯(lián)負(fù)反饋。放大電路的電壓增益為放大電路的輸入電阻Ri≈R,，放大電路的輸出電阻R0=r0f≈0,。

　　2 運放交流放大電路的設(shè)計

　　在設(shè)計單級運放交流放大電路時，

　　(1)選擇能夠滿足使用要求的集成運算放大器,。在采用電容耦合的交流放大電路中,，由于電容隔直流，交流放大電路輸出的溫度漂移電壓很小,。因此,，對集成運放漂移性能的要求可以降低，主要從轉(zhuǎn)換速率,、增益帶寬,、噪聲等方面來考慮選用集成運放。對脈沖信號,、寬頻帶交流信號和視頻信號等,，應(yīng)選用轉(zhuǎn)換速率較高、增益帶寬至少是最高工作頻率10倍的集成運放,。對音質(zhì)要求比較高的音頻交流放大電路中常采用高速低噪聲的集成運放,，如雙運放的4558、NE5532等,。

　　(2)確定采用雙電源供電還是單電源供電,。在使用條件許可的情況下,，運放交流放大電路盡量采用雙電源供電方式，以增大線性動態(tài)范圍,。當(dāng)集成運放雙電源使用時,，正、負(fù)電源電壓一般要對稱,。且電源電壓不要超過使用極限,，電源濾波要好。為了消除電源內(nèi)阻引起的低頻自激,，常常在正,、負(fù)電源接線與地之間分別加0．01～0．1 μF的電容退耦。使用單電源供電時,，運放同相輸入端電位要小于該運放的最大共模輸入電壓,。

　　(3)確定輸入信號是同相輸入還是反相輸入。若要求放大電路的輸入電阻比較大,，應(yīng)采用同相輸入式交流放大電路,。因為反相輸入式交流放大電路輸入電阻的提高會影響電壓增益。由圖2或圖4相關(guān)計算式可知,，增大反相輸入式交流放大電路輸入電阻時,，該電路電壓增益將減小，且電壓增益也會受信號源內(nèi)阻的影響,。所以在設(shè)計反相輸入式交流放大電路時，有時輸入電阻和電壓增益的選擇難以兼顧,。而采用圖1或圖3同相輸入式交流放大電路時,，圖1中的R1偏置電阻值適當(dāng)增大，或者圖3中的R1和R2分壓電阻值適當(dāng)增大,，就能夠提高放大電路的輸入電阻,，而對電壓增益無影響。另外,，為了有效地提高圖3放大電路的輸入電阻,，可以對電路做一些改進(jìn)，改進(jìn)電路如圖5所示,。

　　該放大電路輸入電阻Ri≈R3,，當(dāng)R3值 圖5見原稿選擇大時，放大電路輸入電阻Ri值就大,。所以明顯地提高了放大電路的輸入電阻,。

　　(4)確定交流放大電路電壓增益。單級運放交流放大電路的電壓增益Au通常不要超過100倍(40dB),。過高的電壓增益不但會使放大電路的通帶下降,，也容易感應(yīng)高頻噪聲或產(chǎn)生自激振蕩,。如果要得到一個放大倍數(shù)比較大的放大器，可用兩級等增益的運放電路或者多級等增益的運放電路來實現(xiàn),。

　　(5)確定交流放大電路中的電阻值,。一般應(yīng)用中阻值在1～100kΩ之間比較合適。高速的應(yīng)用中阻值在100Ω～1k Ω之間,，但會增大電源的消耗,。便攜設(shè)計中阻值在1～10M Ω之間，但會增大系統(tǒng)噪聲,。先設(shè)定圖中運放反向輸入端R電阻值,，根據(jù)相關(guān)電路的電壓增益計算式，再估算出反饋電阻RF的值,。最好采用金屬膜電阻,，以減小內(nèi)噪聲。

　　(6)確定放大電路中的電容值,。信號耦合電容的大小決定放大電路的低頻特性,。根據(jù)交流放大電路信號頻率的高低選擇耦合電容值。若放大的是低頻交流信號,，如音頻信號,，耦合電容值可選擇1～22 μF之間；若放大的是高頻交流信號,，耦合電容值可選擇1000pF～0．1 μ F之間,。同相輸入式交流放大電路引入直流全反饋的隔直流電容值由C=1／20πfR式估算。式中f是輸入信號的最低頻率,。音頻信號的最低頻率為20Hz,，當(dāng)R≥1k Ω時，經(jīng)過上式估算,，選擇C=100 μF時,，已經(jīng)能夠滿足要求。濾波電容值選擇100～1000 μ F之間,。

　　3 結(jié)束語

　　在引入深度交流負(fù)反饋的情況下,，運放交流放大電路的電壓增益、輸入電阻等的大小僅與集成運放外接的電阻有關(guān),。因此,，相對于三極管交流放大電路而言，運放交流放大電路的設(shè)計更方便,，電路參數(shù)的一致性也較好,。