0 引言

　　集成運(yùn)算放大器(簡稱集成運(yùn)放或運(yùn)放)在電子電路中應(yīng)用非常廣泛,。運(yùn)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(yùn)放構(gòu)成交流信號(hào)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(yùn)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(diǎn),，如今許多電子產(chǎn)品中的交流放大電路普遍采用運(yùn)放構(gòu)成,，全面分析集成運(yùn)放構(gòu)成的各種交流放大電路的組成和參數(shù)計(jì)算，有助于對(duì)該類電路的檢修,，以及合理設(shè)計(jì)和使用集成運(yùn)放構(gòu)成的交流放大電路,。

　　1 運(yùn)放交流放大電路的分析

　　1．1 使用雙電源的運(yùn)放交流放大電路

　　為了使運(yùn)放在零輸入時(shí)零輸出，運(yùn)放的內(nèi)部電路是按使用雙電源的要求來設(shè)計(jì)的,。運(yùn)放交流放大電路采用雙電源供電,，可以增大動(dòng)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(yùn)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(yùn)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(shí)，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(yùn)放的飽和,。

　　無信號(hào)輸入時(shí)，運(yùn)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(hào)輸入時(shí)，運(yùn)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(hào),，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(yùn)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(yùn)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(yùn)放輸入偏置電流造成的零點(diǎn)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?yàn)檫\(yùn)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(yùn)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(shí)，當(dāng)集成運(yùn)放輸出端的直流電壓不為零時(shí),，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(yùn)放滿足零輸入時(shí)零輸出的要求。因此,，集成運(yùn)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(yùn)放的+Vcc端接直流電源正極,，這時(shí),，運(yùn)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(yùn)放交流放大電路中,，為了不使放大后的交流信號(hào)產(chǎn)生失真,，靜態(tài)時(shí)，一般要將運(yùn)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(dòng)態(tài)范圍；動(dòng)態(tài)時(shí),，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(yùn)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(shí)運(yùn)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(yùn)放同相輸入端電位為了避免電源的紋波電壓對(duì)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(shí),，運(yùn)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(yùn)放交流放大電路的設(shè)計(jì)

　　在設(shè)計(jì)單級(jí)運(yùn)放交流放大電路時(shí),，

　　(1)選擇能夠滿足使用要求的集成運(yùn)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(duì)集成運(yùn)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(yùn)放,。對(duì)脈沖信號(hào)、寬頻帶交流信號(hào)和視頻信號(hào)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(yùn)放。對(duì)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(yùn)放,，如雙運(yùn)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(yùn)放交流放大電路盡量采用雙電源供電方式，以增大線性動(dòng)態(tài)范圍,。當(dāng)集成運(yùn)放雙電源使用時(shí),，正、負(fù)電源電壓一般要對(duì)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(shí),，運(yùn)放同相輸入端電位要小于該運(yùn)放的最大共模輸入電壓,。

　　(3)確定輸入信號(hào)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?yàn)榉聪噍斎胧浇涣鞣糯箅娐份斎腚娮璧奶岣邥?huì)影響電壓增益,。由圖2或圖4相關(guān)計(jì)算式可知，增大反相輸入式交流放大電路輸入電阻時(shí),，該電路電壓增益將減小,，且電壓增益也會(huì)受信號(hào)源內(nèi)阻的影響。所以在設(shè)計(jì)反相輸入式交流放大電路時(shí),，有時(shí)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(shí)，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(duì)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(duì)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(shí),，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(jí)運(yùn)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(huì)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(gè)放大倍數(shù)比較大的放大器,，可用兩級(jí)等增益的運(yùn)放電路或者多級(jí)等增益的運(yùn)放電路來實(shí)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(huì)增大電源的消耗,。便攜設(shè)計(jì)中阻值在1～10M Ω之間,，但會(huì)增大系統(tǒng)噪聲。先設(shè)定圖中運(yùn)放反向輸入端R電阻值,，根據(jù)相關(guān)電路的電壓增益計(jì)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(hào)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(hào)頻率的高低選擇耦合電容值,。若放大的是低頻交流信號(hào),，如音頻信號(hào)，耦合電容值可選擇1～22 μF之間,；若放大的是高頻交流信號(hào),，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(hào)的最低頻率,。音頻信號(hào)的最低頻率為20Hz，當(dāng)R≥1k Ω時(shí),，經(jīng)過上式估算,，選擇C=100 μF時(shí)，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(yùn)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(yùn)放外接的電阻有關(guān)。因此,，相對(duì)于三極管交流放大電路而言,，運(yùn)放交流放大電路的設(shè)計(jì)更方便，電路參數(shù)的一致性也較好,。