靜態(tài)偏置電壓設(shè)置及注意事項(xiàng)

一．反相比例放大器

如圖1所示為反相比例放大器交流模型，信號經(jīng)由R1送到反相端，反相端與輸出端之間跨接Rf。R1為輸入電阻，Rf為反饋電阻。輸入信號和反饋信號都加到集成運(yùn)放的反相輸入端（并聯(lián)反饋的特征）。

圖1 反相比例放大器交流模型

該電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Af為

式中，負(fù)號表示uo與ui反相，故稱反相放大器；由于uo與ui成比例關(guān)系，故又稱反相比例放大器。

二．同相比例放大器

如圖2所示為同相比例放大電路交流模型，輸入信號經(jīng)由Ri送到同相端，反相端與輸出端之間跨接Rf，反相端與地之間跨接R1。R1取樣電阻，Rf為反饋電阻。輸入信號和反饋信號分別加到集成運(yùn)放的同相端和反相端（串聯(lián)反饋的特征）。

圖2 同相放大器交流模型

該電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Af

輸出電壓uo與ui同相，故稱同相放大器，又稱同相比例放大器。若令Rf（短路），R1=∞（開路），則比例系數(shù)Af≈1，此時(shí)電路便成為電壓跟隨器，如圖3所示。

圖3 電壓跟隨器

三．靜態(tài)偏置電壓設(shè)置及注意事項(xiàng)

前面介紹的運(yùn)算電路均為交流模型，討論的重點(diǎn)是閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。實(shí)際上，同晶體管組成的放大器需要合適的靜態(tài)工作點(diǎn)一樣，集成運(yùn)放也需要合適的偏置電壓。需要指出的是，集成運(yùn)放器既可以工作于單電源，又可以工作于雙電源，故兩種情況下靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置也有所區(qū)別。所以，本節(jié)內(nèi)容是根據(jù)工程實(shí)際設(shè)計(jì)集成放大電路時(shí)需要注意的一些事項(xiàng)。

1．同相輸入電路結(jié)構(gòu)（單電源供電）

如圖4所示為集成運(yùn)算與阻容元件構(gòu)成的同相比例電壓放大器。由于是單電源Ucc供電，所以需要合適的靜態(tài)工作點(diǎn)——即靜態(tài)偏置電壓。電阻R1與R2串聯(lián)分壓，再經(jīng)電容C2、C3濾波得到穩(wěn)定的中點(diǎn)電壓，通過R3接運(yùn)放的同相端，該電阻務(wù)必插入且阻值也不能太小。因?yàn)橹悬c(diǎn)電壓有電容濾波，相當(dāng)于交流接地，若R3不存在、輸入信號交流接地；若R3阻值太小，它相當(dāng)于信號的固定負(fù)載，對信號源來說是較大負(fù)擔(dān)。

電路中各元件的作用與功能見表1。

圖4 同相放大器應(yīng)用電路（單電源供電）

如圖5所示為對稱雙電源Ucc與-Ucc聯(lián)合供電的同相比例電壓放大器。由于是對稱雙電源供電，中點(diǎn)電壓為0，即R3上端直接接地，所以不需要電阻串聯(lián)分壓了。

電路中各元件的作用與功能見表1。

圖5 同相放大器應(yīng)用電路（單電源供電）

2．反相輸入電路結(jié)構(gòu)

如圖6所示為集成運(yùn)算與阻容元件構(gòu)成的反相比例電壓放大器。由于是單電源Ucc供電，所以需要合適的靜態(tài)工作點(diǎn)——即靜態(tài)偏置電壓。電阻R1與R2串聯(lián)分壓，再經(jīng)電容C2、C3濾波得到穩(wěn)定中點(diǎn)電壓，因?yàn)樾盘柺菑姆聪喽溯斎?，同相端“虛地”，所以中點(diǎn)電壓與同相端之間可以不用插入電阻（插入幾千歐姆以下的電阻亦可以接受）。

電路中各元件的作用與功能見表1。

圖6 反相放大器應(yīng)用電路（雙電源供電）

圖7所示為對稱雙電源Ucc與-Ucc聯(lián)合供電的反相比例電壓放大器。由于是對稱雙電源供電，中點(diǎn)電壓為0，同相端直接接地或提供幾千歐姆以下電阻接地即可。

電路中各元件的作用與功能見表1。

圖7 反相放大器應(yīng)用電路（雙電源供電）

圖4、圖5、圖6和圖7電路中各元件的作用與功能見表1。

表1同相、反相比例放大器中元件的作用

需要指出的是，集成運(yùn)放靜態(tài)工作的設(shè)置方法是：偏置電壓通過電阻（同相放大器）或直接（反相放大器）接集成電路的同相端，一旦設(shè)置正確，反相端、輸出端的電壓與同相端相等。這也是實(shí)際工程中判斷電路是否正確連接或集成電路是否損壞的重要標(biāo)志。一般情況下，分壓電阻R1、R2取值范圍可為幾千歐至幾十千歐；耦合電容C1、C4和C5取值范圍可為幾微法至幾十微法。

3．交流測量

為了增加讀者的感性認(rèn)識(shí)，依照圖4、6所示電路分別搭接兩個(gè)電路板。

設(shè)Ucc=10V，用低頻信號發(fā)生器作為信號源，輸出頻率為1kHz的正弦信號。

加到放大器輸入ui，調(diào)節(jié)信號幅度使輸出最大且不失真，用示波器觀察放大器輸入、輸出如圖8所示。

圖8 電路實(shí)測信號

a）圖4測試信號 b）圖6測試信號

在圖8所示波形圖中，輸入、輸出電壓正負(fù)峰值縱向所占格數(shù)、擋位及電壓放大倍數(shù)，見表2。

表2 示波器顯示的輸入、輸出信號波形數(shù)據(jù)

順便提一下，在實(shí)際電路中，無論是同相比例放大器，或是反相比例放大器，往往都會(huì)在反饋電阻Rf兩端并聯(lián)一只幾十至幾百皮法的瓷片電容，降低高頻信號的增益，保證電路工作的穩(wěn)定性。因?yàn)閷Ω哳l信號而言電容不能視開路，且隨著信號頻率的升高電容的容抗逐漸減小。也就是說，對高頻信號而言反饋回路的總阻抗減小了，高頻信號的放大倍數(shù)降低，防止高頻自激振蕩。
責(zé)任編輯人：CC