电子论文集成运放电路设计错误

　　若对集成运放的电源供电条件和集成运放的相关参数了解不够，这篇电子论文认为电路设计容易出错或电路指标不理想。设计单电源供电的AC放大器时，应将直流工作平移至电源电压的一半，设计DC放大器时，应采用低输入失调电压的集成运放。《中国集成电路》(月刊)创刊于1992年，是由中国信息产业部主管，中国半导体行业协会/集成电路设计分会主办的全国性专业电子刊物。自创刊以来，一直致力于IC市场应用分析，介绍先进的IC设计、制造、封装工艺和技术以及先进的组织形式和管理经验。在业界形成了一定影响和良好口碑，并随中国集成电路产业一同成长。

　　【摘要】针对电子技术初学者，以AC放大器的电路设计为例，介绍单电源供电条件下的集成运放电路设计的典型错误，以DC放大器的电路设计为例，介绍集成运放的输入失调电压指标如何决定电路设计成败，给出具体电路和问题解决方法。

　　【关键词】集成运放;AC放大器;DC放大器

　　1前言

　　集成运算放大器(简称集成运放)具有功能强、易用诸多优点，被广泛应用于音频电压放大、仪表信号放大、信号滤波等场合，其已成为电子电路尤其是模拟电路的标准器件，也是模拟电子技术课程教学的主要内容之一。为了使入门者更容易理解集成运放的工作原理和更容易解释集成运放电路，在教学中常使用集成运放的理想运放模型，如视输入阻抗无穷大、输出阻抗为零、开环电压增益无穷大和零输入失调电压。在DC放大器设计中，集成运放的零输入失调电压参数对电路设计影响很大，同一电路设计，因选择不同的集成运放，所得结果差异巨大，甚至电路完全不能工作。传统运放电路，通常隐藏公用电源脚，且默认为正负对称双电源供电，而当前，随着电子产品小型化趋势到来，很多场合并不能提供正负对称双电源，而只能提供单电源，由于很多初学者对集成运放电源的供电认识模糊，在设计单电源供电的AC放大器时，不对电路进行相关改造，而是直接用单电源代替双电源，导致电路工作不正常。

　　2AC放大器设计错误分析

　　图1为典型的AC放大器，电路采用LM358集成运放，采用正负对称的双电源供电，交流信号的电压放大倍数AV=1+R2/R3=23，输入阻抗Ri=R1=1K。C1为耦合电容，隔掉信号源中的直流成份，C2对直流开路，使直流电压产生100%负反馈，从而稳定直流工作点，C2对交流信号相当于短路，从而不影响交流信号的电压放大倍数。无信号输入时，正相输入端、反相输入和输出端的直流电压都约为0V，有信号时，输出端电压在0V基础上变化。不少块合，如电池供电时，无法提供正负对称的双电源，不少初学者由于对集成运放的供电和集成运放电路的直流工作点认识模糊，在设计AC放大器时，直接用单电源代替双电源，设计电路如图2所示。图2电路，无信号输入时，正相输入端、反相输入和输出端的直流电压都约为0V，而当有交流信号输入时，输入信号为正极性时，输出端可以输出放大后的正极性电压，而输入信号为负极性时，输出端不可能输出负极性电压，导致产生严重的失真。单电源供电条件下，正确的电路设计如图3所示。图3电路增加了电阻R4、R5和电容C3、C4，电阻R4和R5阻值相等，提供7.5V直流电压给集成运放的正相输入端，从而使集成运放的正相输入端、反相输入端和输出端的直流电压都提升至7.5V。当输入交流信号时，输出端电压就可以在7.5V基础上进行上下摆动，从而完成交流信号的不失真放大。电容C3为滤波电容，电容C4为输出耦合电容，起到隔直通交作用。

　　3DC放大器设计错误分析

　　DC放大器大量应用于传感器信号放大和自动控制场合，图4为一典型的60dB电压增益的DC放大器，电路包括两级电压放大，每级电压放大倍数为34倍。仿真测试时，若选择理想集成运放模型，零输入时(输入端短路)，输出端电压为0V，1mV输入时，输出1V，电路实现设计要求;若选择常用LM358集成运放，仿真测试发现，零输入时，输出端电压3.22V，发生了严重偏离，电路完全不可用。其实，真实的集成运放所组成的DC放大器，零输入时，输出端不可能零输出，输出电压为:VO=Vios×Avd其中，Vios为集成运放的输入失调电压参数，Avd为放大器闭环电压放大倍数。不同的集成运放，其输入失调电压参数相差甚远，理想运放，视输入失调电压为零，因此，采用理想运放的DC放大器，零输入时，可实现零输出。而常用的LM358运放，其输入失调电压达mV级别，因此，60dB电压增益的DC放大器，其输出误差可达数V之大。解决办法是选择低输入失调电压的集成运放，如OP07，其输入失调电压低至几nV，用在本电路，输出端误差能控制在毫伏级别。

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