集成运放的基本用法及其计算

随着电子技术的迅速发展，集成运放的应用也越来越广泛，对于初学者来说，希望多了解一些有关集成运放的基础知识及其应用。本文就集成运放的基本用法、计算及等效电路作一些简单介绍。

由于运放的电压增益很大，如果直接在输入端加上电压，输出端的电压将非常大。可是，运放的输出端可能产生的最大电压取决于所用的直流电源（U\(_{CC}\)、UEE），在使用15V电源的时候，最大的输出电压为±13V左右。因此，直接在运放的输入端加上输入电压，输出电压将与输入电压的大小无关而变为其最大值+13V或-13V，照这样运放将起不到放大的作用。

那么运算放大器是如何实现放大作用的呢？从图1所示的电路可以看到，其输出端到反相输入端②接入了一个反馈电阻R\(_{2}\)，通过R2将输出电压从输出端送回反相输入端，这叫做负反馈，图1所示电路称为负反馈电路。通过负反馈可将近乎无限大的放大器增益降为适当的数值。如果通过R\(_{2}\)将输出电压认输出端送回同相输入端③，就得到了正反馈电路，见图2。

在负反馈时，由于U\(_{2}\)和Ui是互为反相的电压，通过R\(_{2}\)送回来的U2的一部分要从U\(_{i}\)中减掉，所以运放的输入电压逐渐变小，输出电压U2也就稳定在由电路的电阻等所决定的值上。

在正反馈电路中，由于输出电压U\(_{2}\)与输入电压Ui符号相同，所以U\(_{2}\)的一部分通过R2加在U\(_{i}\)上，再由运放放大，这样一反复，使得输出电压就非常大。即使去掉输入电压Ui，输出电压也照样保持其最大值，而不能进行放大，我们称这样的状态为电路振荡。因此，正反馈电路在设计放大器的工作中不能采用，而只能在振荡电路中得到应用。

在了解了运放的基本用法之后，再来谈谈运放电路的增益如何计算。关于这个问题只要掌握住运放的两个基本性质，运放电路的计算是非常简单的。

在分析集成运放时，一般是将它作为理想的运放来分析，即认为它的开环电压增益A\(_{0}\)=∞，输入阻抗Zi=∞、输出阻抗Z\(_{0}\)=0，由此可以得出运放的两个重要性质：其一，运放的两个输入端之间的电压始终为零，如果同相输入端V+接地反相输入端V\(_{-}\)为“虚地”；其二，输入阻抗无限大。应用这两个基本性质，运放电路的计算就非常简单。如图3所示电路，求它的电压增益为多少？由于运放的同相输入端接地、故反相输入端为“虚地”，则有V-=U\(_{i}\)=0，电阻R1右端的电压为零，因而流过电阻R\(_{1}\)的电流I1为

另一方面，由于运放的输入阻抗无限大，运放的输入电流I\(_{i}\)=0,所以电流I1全部流过R\(_{2}\)并产生压降为R2I\(_{1}\)。因为Ui=0，R\(_{2}\)左端的电压为零，所以R2右端的电压为-R\(_{2}\)I1。由于输出电压和R\(_{2}\)右端电压相等，故U2=-R\(_{2}\)I1……（2）于是可以求出运放的电压增益G=U\(_{2}\)/U1=－R\(_{2}\)／R1=-10。

在使用运放电路时，应用运放的两个基本性质就可以计算了。在这里我们把这个计算方法再推进一步，进而说明用运放的等效电路进行计算的方法。

在图4所示的电路中，运放两输入端间的电压始终为零，这些端子的电流也为零。我们把这一特性用图5所示的符号表示，这个符号叫做零子，即零子是具有电压、电流均为零的两端元件。因此，运放的两个输入端子间就可以用零子来表示。

另一方面我们再来看运放的输出电压和电流。由图4可以看出，运放的输出电流包含流过R\(_{2}\)的电流I1和流过R\(_{3}\)的电流IL（接入负载电阻R\(_{3}\)时），I1、I\(_{L}\)由U1、R\(_{1}\)及R3的值决定。输出电压U\(_{2}\)由R2、I\(_{1}\)等决定。因此，运放输出端的电压及电流随U1、R\(_{1}\)、R2、R\(_{3}\)的改变作相应的变化，即运放输出端的电压、电流取决于其外围连接的电路。

如此，具有电压、电流取决于外围电路条件的两端元件可用图6所示的符号表示，称之为任意子。这样运放的输出和接地点之间可以看成是接了一个任意子。基于以上考虑，运放可以用图7所示的零子和任意子表示。我们把运放的这种表示叫做运放的等效电路。

琴子、任意子电路的计算实例关于零子和任意子的概念，初次接触可能有点生疏，这里举一计算实例，以便加深理解。

图8为一同相放大器，将其用零子及任意子画出得到图9所示的电路。由于零子的电压为零，即零子两端的电压相等，故R\(_{1}\)和R2连接点的电压为U\(_{1}\)。因而流经R1的电流i\(_{1}\)为

由于零子里没有电流，i\(_{1}\)全部流过R2。U\(_{2}\)为R2右端的电压，它可由下式给出

于是得到电压增益G=U\(_{2}\)／U1=1＋R\(_{2}\)／R1

这样，由于引入了零子和任意子，就能非常简单地进行运放电路的计算了。在含有零子、任意子电路的计算中，如此例所知，积极地应用了零子的电压、电流为零这一性能，而计算时完全不管任意子的存在，希望注意到这一点。（李义周 编译）