2.2 集成运算放大器应用电路与识图

晶体管的共射、共基、共集三种组态能帮助我们识别和分析各种复杂的晶体管电路。在运算放大器组成的各种应用电路中，如果将运算放大器看作是一个独立的器件，从它的连接方式上看，也有三种基本组态，即反相输入、同相输入和差分输入。如果能将运算放大器处在这三种组态下的特性分别搞清楚，能提高我们对于运算放大器应用电路的分析能力。

2.2.1 集成运算放大器反相交流放大应用电路与识图

集成运算放大器构成的反相交流放大器电路可以取代由晶体管分立元器件构成的交流放大电路，并应用于各种电路中。其最大的特点是不用调整，整个放大电路可采用单电源供电。

在图2-5所示反相交流放大应用电路中，R4与R2构成了V+分压电路，分压后的电压直接加到IC1的同相信号输入端作为偏置电压；C2用于进行自激振荡消除；C1与R1用于信号耦合；R3为负反馈电阻器；C3为输出耦合电容器。该电路的电压放大倍数AV主要由R1与R3的比值确定，它们之间的关系为：

AV=-R3/R1

AV=100kΩ/10kΩ=-10

图2-5所示电路输入电阻器为R1。在进行电路设计时，通常是先选取R1与信号源内阻相等，或者根据实际需要先确定好R1，再根据要求的放大倍数确定R3的电阻值。

必须注意的是单级运算放大器的放大倍数不应选得太大，以免导致放大器出现自激振荡现象，一般控制在数百倍以内。如果需要较大的放大倍数，则可以把几节运算放大器串联起来获得。

2.2.2 集成运算放大器同相交流放大应用电路与识图

在运算放大器的各种应用电路中，凡是输入信号从同相端馈入的，都叫做同相输入组态。由集成运算放大器构成的同相交流放大应用电路如图2-6所示。该电路最大的特点是输入阻抗较高。

在图2-6所示电路中，R1与C1组成了交流负反馈网络；R2为负反馈电阻器；C2为同相输入耦合电容器；C4为输出耦合电容器；R4与R5构成的分压电路用于将V+电压分压后，通过R3为IC1的同相信号输入端提供偏置电压。由于R4=R5，故分得的电压为V+。R3的电阻值可以取得较大。

根据电路的连接方式可看出，该电路的电压放大倍数AV可由IC1外接的R2、R1的电阻值确定，它们之间的关系为：

AV=1+R2/R1

R1的电阻值可在几千欧姆至几十千欧姆范围内选择。

2.2.3 集成运算放大器差分输入应用电路与识图

当输入信号从两个输入端同时馈入时，运算放大器处于差分输入组态。差分组态在测量放大器中应用较广泛，特别是当信号源远离测量放大器时，微弱的差模信号往往夹杂在幅值强大的共模干扰电压之中，利用差分组态共模抑制能力强的特点，可以获得较高的测量精度和灵敏度。

由集成运算放大器构成的典型差分比例放大电路如图2-7所示。当输入电压Vs和V′s分别加到集成运算放大器的两个输入端时，则电路的输出电压Vo与Vs和V′s之差成正比，故称其为差分比例放大器。

通常，电路参数取值为：R1=R′1、Rf=R′f，其目的是为了降低共模增益。同时使两输入端对地的直流电阻值相等，以保证集成运算放大器输入端处于平衡状态。

因Ii=0，利用叠加原理可以求得∑与∑′两点的电位分别为：

由于∑V=V∑′，从而可以得到：

由于R′1=R2，R′f=Rf，代入上式整理后可得：

由上式可看出，，从而实现了差分比例运算。其比值Af为Rf/R1，与集成运算放大器内部电路参数无关。当设置Rf=R1时，Af=V′S+VS可实现减法运算。

此外，图2-7电路还经常用作测量放大器。差分比例放大器的缺点是：对于对称性要求比较高，如元件失配，会带来运算误差，而且将产生共模电压输出。这种电路无虚地。

在电路元件对称的条件下，即图2-7所示电路中的R′1=R1，R′f=Rf，输入端有差分信号Vid激励，则可利用等效电路法，求出差分输入电流Iid，从而得到该电路的输入电阻值rid为：

rid=Vid/Iid=2R1

2.2.4 运算放大器性能扩展应用电路与识图

运算放大器集成电路在使用时，除了以上所述的基本应用方法以外，这里再提供经常需要用到的两种性能扩展的应用电路与识图。

1. 提高输入电阻值的应用电路与识图

集成运算放大器在许多应用中，为了减小输入误差，提高精度，要求放大器具有很高的输入电阻值，有时甚至要求高达1012Ω 以上。为了提高输入电阻值，除了设计运算放大器时应尽量考虑外，比较常用的方法是在集成运算放大器的输入端加一级前置放大。提高输入电阻值的电路如图2-8所示。

在图2-8所示电路中，VT1、VT2为差动对管，VT3为恒流源，组成差动式源极输出电路。它主要是利用场效应管具有很高的输入电阻值（约107～109Ω）的特点，以提高运算放大器的输入电阻值。

2. 提高带负载能力的应用电路与识图

通用型集成运算放大器的带负载能力比较弱，它的允许功率损耗只有几十毫瓦，最大输出电流大约在10mA左右，电源电压为±5V，所以当负载需要较大的电流和较高的电压变化范围时，就需要在它的输出端附加扩大功能的措施。

（1）扩大输出电流的方法

图2-9所示是一种在集成运算放大器输出端加一级互补推挽功率输出电路来扩大输出电流的电路。图中的VD1、VD2产生的电压降供给功率管VT1、VT2以一定的偏流，使功率输出级工作于甲乙类，以消除交越失真，同时对VT1、VT2管的发射极兼有温度补偿作用。图中Re1=Re2=10Ω，对VT1、VT2管起过载保护作用。

图2-9所示电路虽可以提高输出电流和功率，但缺点是不能提高电压变化范围，因为在Re1和Re2两端有大的电压降。

（2）扩大电压、电流变化范围的方法

扩大电压、电流变化范围的应用电路如图2-10所示。该电路是在集成运算放大器的正、负电源端与外加正、负电源之间，分别接入VT1、VT2两只晶体管，一方面可以起到降压的作用（因为它们的基极电位通过电阻分压固定在±15V左右），另一方面作为共基放大，将运算放大器电源的电流（主要是输出级电流）经VT1、VT2的集电极输出后去推动互补推挽输出级。由于VT3、VT4的发射极分别接到±30V电源上，故在负载电阻器RL两端的电压变化将接近±30V，与此同时，输出电流的变化也得到扩大，因此这种电路可以输出较大的功率。