王席山

【摘要】 集成運(yùn)算放大器廣泛應(yīng)用于電子技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域，根據(jù)集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn)對(duì)集成運(yùn)放的基本原理和電路形式作簡(jiǎn)要分析以及在廣播發(fā)射機(jī)中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】 集成運(yùn)算 放大器 電路

【abstract】 Integrated operational amplifier is widely used in various fields of electronic technology， according to the characteristics of integrated operational amplifier of integrated operational amplifier principle and circuit form makes a brief analysis and application in radio transmitters are discussed.

【Key word】 Integration operation amplifier Circuit

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，集成運(yùn)算放大器廣泛應(yīng)用于電子技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域。隨著西新工程任務(wù)的完成，一批高科技的現(xiàn)代化的大功率廣播發(fā)射機(jī)已投入運(yùn)行，集成運(yùn)算放大器在新型發(fā)射機(jī)中廣泛應(yīng)用。本文對(duì)集成運(yùn)放的基本原理和常用的電路形式作簡(jiǎn)要分析，以及在廣播發(fā)射機(jī)中的應(yīng)用進(jìn)行研究。

一、集成運(yùn)放的簡(jiǎn)介

1.1集成運(yùn)放的基本性能

集成運(yùn)放本身就是一個(gè)完整的高增益放大器，一般由三級(jí)直接耦合放大器組成。輸入級(jí)多為差動(dòng)放大，中間級(jí)一般為單管共射放大，輸出級(jí)多為互補(bǔ)推挽功放電路。通常具有十萬倍以上的開環(huán)電壓增益，兆歐級(jí)以上的差模輸入電阻，如圖（1）所示：它有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。圖中標(biāo)以“+”為同相輸入端， “-”為反相輸入端。同相與反相是指輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的相位而言。當(dāng)自同相輸入端加入相對(duì)反向端為正的信號(hào)時(shí)，輸出信號(hào)一定為正值，反之則為負(fù)值。集成運(yùn)放通常需要正負(fù)對(duì)稱的雙電源供電，其工作電源范圍比較寬，一般在±2～±15V范圍均可正常供電，單電源供電時(shí)電源工作范圍一般為3～30V 。集成運(yùn)算內(nèi)部除放大級(jí)外，還有保護(hù)補(bǔ)償電路等電路，不必掌握其電路結(jié)構(gòu)，根據(jù)其特性和外部電路形式對(duì)具體電路作出分析和判斷。

1.2顯著特點(diǎn)

1.2.1虛短

虛短是指集成運(yùn)放工作在線性放大狀態(tài)時(shí)，需要的輸入信號(hào)相當(dāng)弱，致使個(gè)信號(hào)輸入端可視為等電位，好像兩個(gè)輸入端內(nèi)部短路。如圖（2）：通過計(jì)算輸出電壓V0最大時(shí)，需要輸入電壓Vi的數(shù)值來說明這一特點(diǎn)。圖2中所標(biāo)，運(yùn)算放大器的電源為±15V減去運(yùn)放內(nèi)部輸出級(jí)互補(bǔ)管的飽和壓降1～2V，運(yùn)放輸出電壓VO最高為±13～±14V。放大倍數(shù)按十萬倍計(jì)算，運(yùn)放輸入電壓Vi最高±13～±14V/105=±（130～140）μV，此時(shí)的Vi用一般的電壓表是測(cè)量不出的，所以可以將兩個(gè)輸入端視為等電位。我們稱運(yùn)放的兩個(gè)輸入端點(diǎn)位接近 “相等”，這種現(xiàn)象為 “虛短”。

1.2.2“虛斷”

“虛斷”是因?yàn)檫\(yùn)放的兩個(gè)輸入端之間的阻抗極高106～1012Ω，幾乎不吸收信號(hào)源的電流，對(duì)電流回路好像兩個(gè)輸入端內(nèi)部斷路，所以稱這種想象為虛斷。在分析計(jì)算集成運(yùn)放電路時(shí)，可充分應(yīng)用虛斷和虛短兩個(gè)特點(diǎn)，使電路分析大為簡(jiǎn)化，但切不可將電路短路或斷路，真的斷路和短路電路將不能工作。

二、集成運(yùn)放的基本應(yīng)用

集成運(yùn)算放大電路可實(shí)現(xiàn)交直流信號(hào)的放大模擬運(yùn)算（求和積商積分微分等）有源濾波震蕩電壓比較和AD/DA轉(zhuǎn)換等許多功能，下面僅對(duì)由運(yùn)放構(gòu)成的基本的放大器做簡(jiǎn)單的介紹。

集成運(yùn)算放大器在電子設(shè)備中實(shí)際需要的放大器的增益均比較低，而且要求較高的穩(wěn)定性，所以集成運(yùn)放用作線性放大時(shí)明顯的特點(diǎn)就是：在輸出端和反向輸入端之間必定有深度的負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，從而構(gòu)成所需增益的高穩(wěn)定放大電路。

2.1反向放大器

反向放大器如圖（3）所示：此放大電路在PSM150KW發(fā)射機(jī)中應(yīng)用較多，特點(diǎn)是電壓放大倍數(shù)AV僅由外接電阻RF和RI決定。根據(jù)虛短和虛斷的概念則有：VIN-=VIN+=0，II=IF；根據(jù)歐姆定律有：Ii=ViRi， If=-V0Rf所以有ViRi=-V0Rf，放大器的閉環(huán)電壓增益Av=V0Vi=-RfRi，V0=-RfRiVi，由此可知，改變電阻Rf則可改變電壓增益。該放大電路的輸入電阻R=ViIi=Ri。一般情況是先根據(jù)信號(hào)源內(nèi)阻選取Ri，在根據(jù)要求的增益確定Rf。電路中R的作用是使差動(dòng)輸入級(jí)左右兩邊對(duì)稱，以提高放大器的溫漂和精度指標(biāo)，R值越接近Rf與RI的并聯(lián)值，溫漂越小，精度越高。

2.2同相放大器

同相放大器電路如圖（4）所示：同相放大器的特點(diǎn)是：輸入阻抗Ri=R，而且R可以做的很大甚至不接。同相放大器適合要求輸入阻抗高的場(chǎng)合。根據(jù)虛短的概念有：Vin+=Vin-=Vi，根據(jù)虛斷有：Ii=If，而Ii=ViRi，If=V0-VinRf=V0-ViRf，所以有ViRi=V0-ViRf，從上式算出同相放大器閉環(huán)電壓增益Av=V0Vi=1+RfR1，V0=（1+RfR1）Vi由此可知，其電壓增益Av僅由外接電阻Rf和Ri決定。

三、集成運(yùn)算放大器在廣播發(fā)射機(jī)中的應(yīng)用

3.1電壓比較器

集成運(yùn)放作為電壓比較器使用時(shí)，工作在非線性區(qū)，其輸出端不是高電平，就是低電平。當(dāng)同相輸入端電壓高于反向輸入端的電壓時(shí)，運(yùn)發(fā)輸出高電平；同相輸入端電壓低于反向輸入端電壓時(shí)，運(yùn)放輸出低電平，如圖所示：是用兩個(gè)運(yùn)放組成的窗口電壓比較器，電阻R1R2為運(yùn)放A1的設(shè)置的門限電壓V1；電阻R3R4為運(yùn)放A2的設(shè)置門限電壓V2。當(dāng)Vi>V1時(shí)，運(yùn)放A1輸出高電平VOH， Vi

當(dāng)輸入信號(hào)Vi在[V2，V1]區(qū)間以外時(shí)，V0輸出高電平。窗口電壓比較器電路，加上適當(dāng)?shù)娜与娐?，便可以進(jìn)行風(fēng)量，流量溫度壓力等多種物理量的雙限檢測(cè)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)保護(hù)和報(bào)警等自動(dòng)控制。

3.2電壓檢測(cè)及自動(dòng)調(diào)整電路

電壓檢測(cè)放大器如圖所示：A1采用反相輸入方式。輸入信號(hào)∑U包括兩部分：一是工作電源，由穩(wěn)壓管DZ，限流電阻R1分壓取得，并通過R2加至A1反相輸入端。二是由A1輸出的反饋信號(hào)Uf，通過電阻R3送至反相輸入端，檢測(cè)放大器輸入信號(hào)為上述兩者的疊加。

為了使電壓檢測(cè)放大器的輸出滿足自動(dòng)調(diào)整要求，電源電壓要大于反饋電壓。放大器輸出電壓UK隨輸入信號(hào)∑U的變化而變化，由于采用反相輸入方式，所以UK隨著UF的增大而減小。當(dāng)放大器A1輸入電壓變化或負(fù)載變化引起輸出電壓U0變化時(shí)，將引起反饋電壓UF按比例變化，于是引起檢測(cè)放大器輸入信號(hào)∑U的變化，導(dǎo)致輸出電壓UK發(fā)生變化。

放大器A2通過Uk的變化，控制調(diào)制器脈寬的變化，從而為自動(dòng)穩(wěn)壓或穩(wěn)流提供條件。脈寬調(diào)制器采用A2運(yùn)算放大器構(gòu)成電壓比較器，它的反相輸入端輸入給定的鋸齒波電壓Ui，同相輸入端輸入控制電壓信號(hào)Uk，A2輸出脈沖由Uk控制：當(dāng)Uk>Uf時(shí) ，A2 輸出高電平，Uk越大，輸出脈寬越大，反之，Uk越小，輸出脈寬越窄。

當(dāng)A1輸出電壓變化時(shí)，引起反饋電壓Uf的變化，A1的輸入和輸出信號(hào)變化，導(dǎo)致A2的輸出脈寬變化，通過一系列的自動(dòng)調(diào)整使放大器的輸出電壓趨于穩(wěn)定。當(dāng)電網(wǎng)電壓升高或負(fù)載減小，使放大器輸出電壓升高時(shí)，將發(fā)生下列調(diào)整：U0↑→Uf↑→∑U↓→Uk↓→U0↓。放大器輸出電壓在調(diào)整前升高的基礎(chǔ)上下降，故輸出電壓趨于穩(wěn)定。檢測(cè)放大器的電壓放大倍數(shù)Av=R5R3，放大倍數(shù)越大時(shí)，系統(tǒng)調(diào)整過程穩(wěn)壓精度越高。

結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，大規(guī)模和超大規(guī)模的集成電路功能越來越強(qiáng)大，廣播發(fā)射機(jī)發(fā)展也朝著數(shù)字化、固態(tài)化、集成化方向發(fā)展。這就要求我們要掌握基本的分析方法，以適應(yīng)新形勢(shì)的需要。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]華成英 童詩白 主編 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 高等教育出版社 2006.5

[2]黃小兵 主編 短波發(fā)射機(jī)維護(hù)手冊(cè) 中國書籍出版社 2011.5