集成運(yùn)算放大器設(shè)計

集成電路按功能劃分，可分為數(shù)字和模擬兩大類。模擬集成電路用于模擬信號的產(chǎn)生和處理，其種類繁多，包括集成運(yùn)算放大器、集成模擬乘法器、集成鎖相環(huán)、集成功率放大器、集成穩(wěn)壓電源、集成寬帶放大器、集成數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路等。其中集成運(yùn)放是技術(shù)功能的通用性最大、應(yīng)用最廣泛、以展最快、品種與數(shù)量最多的一種線性集成電路。

集成運(yùn)放裨上是一種高增益直流放大、直流放大器既能放大變化極其緩慢的直流信號，下限頻率可到零；又能放大交流信號，上限頻率與普通放大器一樣，受限于電路中的電容或電感等電抗性元器件。集成運(yùn)放和外部反饋網(wǎng)絡(luò)相配置后，能夠在它的輸出和輸入之間建立起種種特定的函數(shù)關(guān)系，故而稱它為“運(yùn)算”放大器。

分析處于線性放大狀態(tài)的理想和實(shí)際運(yùn)算放大器的基本依據(jù)是

U-=U+也稱“虛短路”。對于實(shí)際的運(yùn)算放大器，常常也可據(jù)此進(jìn)行近似分析。

（1）反相運(yùn)算放大器 圖5.2-18所示是運(yùn)算放大器反相放大組態(tài)電路，通過反饋元件ZF構(gòu)成閉環(huán)。理想運(yùn)算放大器反相放大閉環(huán)增益的基本關(guān)系式

反相輸入端具有地電位，而并沒有真正接地之“虛地”點(diǎn)。

反相運(yùn)算放大器的輸入阻抗為z1F=Z

反相放大組態(tài)實(shí)質(zhì)上是電壓并聯(lián)負(fù)反饋，具有輸入阻抗和輸出阻抗低的特點(diǎn)。

ZPZ為溫度補(bǔ)償元件，為了確保運(yùn)算放大處于對稱平衡狀態(tài)，應(yīng)使從反相輸入端和從同相輸入端賂外部看去的等效直流電阻相等，則元件選擇時應(yīng)使ZP=ZF//ZZ

如果用不同的電阻、電容網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)成ZF、ZP，就能得到功能不同的各種反相運(yùn)算電路。例如反相比例器、加法器、微分器、積分器、有源濾波器和有源校正電路等。下面僅舉反相加法器一例，如圖5.2-19所示電路。

由于反相端為“虛地”，故三個輸入電壓彼此獨(dú)立地通過自身的輸入回路電阻，轉(zhuǎn)換成下列各式電流：

由此可見，當(dāng)運(yùn)算放大器具有理想特性時，各相加項的比例因子僅與外電路電阻有關(guān)，適當(dāng)選擇各電阻阻值，就能得到所需要的比例因子，因此這種加法電路可以達(dá)到很高的精度和穩(wěn)定性。加法運(yùn)算呈現(xiàn)在各輸入電流在反相端相加。故稱反相端為“相加點(diǎn)”，或稱“”點(diǎn)。

補(bǔ)償電阻RP用于保證電路具有平衡對稱結(jié)構(gòu)，其值應(yīng)選為RP=R1||R2||R3||RT

由于反相端為“虛地”，故對每個輸入信號而言，加法器的輸入電阻分別為輸入回路電阻R1、R2、R3。

（2）同相運(yùn)算放大器 圖5.2-20為運(yùn)算放大器同相放大組態(tài)。