王席山

【摘要】 集成运算放大器广泛应用于电子技术的各个领域，根据集成运算放大器的特点对集成运放的基本原理和电路形式作简要分析以及在广播发射机中的应用进行探讨。

【关键词】 集成运算 放大器 电路

【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

随着电子技术的不断发展，集成运算放大器广泛应用于电子技术的各个领域。随着西新工程任务的完成，一批高科技的现代化的大功率广播发射机已投入运行，集成运算放大器在新型发射机中广泛应用。本文对集成运放的基本原理和常用的电路形式作简要分析，以及在广播发射机中的应用进行研究。

一、集成运放的简介

1.1集成运放的基本性能

集成运放本身就是一个完整的高增益放大器，一般由三级直接耦合放大器组成。输入级多为差动放大，中间级一般为单管共射放大，输出级多为互补推挽功放电路。通常具有十万倍以上的开环电压增益，兆欧级以上的差模输入电阻，如图（1）所示：它有两个输入端和一个输出端。图中标以“+”为同相输入端， “-”为反相输入端。同相与反相是指输出信号与输入信号的相位而言。当自同相输入端加入相对反向端为正的信号时，输出信号一定为正值，反之则为负值。集成运放通常需要正负对称的双电源供电，其工作电源范围比较宽，一般在±2～±15V范围均可正常供电，单电源供电时电源工作范围一般为3～30V 。集成运算内部除放大级外，还有保护补偿电路等电路，不必掌握其电路结构，根据其特性和外部电路形式对具体电路作出分析和判断。

1.2显著特点

1.2.1虚短

虚短是指集成运放工作在线性放大状态时，需要的输入信号相当弱，致使个信号输入端可视为等电位，好像两个输入端内部短路。如图（2）：通过计算输出电压V0最大时，需要输入电压Vi的数值来说明这一特点。图2中所标，运算放大器的电源为±15V减去运放内部输出级互补管的饱和压降1～2V，运放输出电压VO最高为±13～±14V。放大倍数按十万倍计算，运放输入电压Vi最高±13～±14V/105=±（130～140）μV，此时的Vi用一般的电压表是测量不出的，所以可以将两个输入端视为等电位。我们称运放的两个输入端点位接近 “相等”，这种现象为 “虚短”。

1.2.2“虚断”

“虚断”是因为运放的两个输入端之间的阻抗极高106～1012Ω，几乎不吸收信号源的电流，对电流回路好像两个输入端内部断路，所以称这种想象为虚断。在分析计算集成运放电路时，可充分应用虚断和虚短两个特点，使电路分析大为简化，但切不可将电路短路或断路，真的断路和短路电路将不能工作。

二、集成运放的基本应用

集成运算放大电路可实现交直流信号的放大模拟运算（求和积商积分微分等）有源滤波震荡电压比较和AD/DA转换等许多功能，下面仅对由运放构成的基本的放大器做简单的介绍。

集成运算放大器在电子设备中实际需要的放大器的增益均比较低，而且要求较高的稳定性，所以集成运放用作线性放大时明显的特点就是：在输出端和反向输入端之间必定有深度的负反馈网络，从而构成所需增益的高稳定放大电路。

2.1反向放大器

反向放大器如图（3）所示：此放大电路在PSM150KW发射机中应用较多，特点是电压放大倍数AV仅由外接电阻RF和RI决定。根据虚短和虚断的概念则有：VIN-=VIN+=0，II=IF；根据欧姆定律有：Ii=ViRi， If=-V0Rf所以有ViRi=-V0Rf，放大器的闭环电压增益Av=V0Vi=-RfRi，V0=-RfRiVi，由此可知，改变电阻Rf则可改变电压增益。该放大电路的输入电阻R=ViIi=Ri。一般情况是先根据信号源内阻选取Ri，在根据要求的增益确定Rf。电路中R的作用是使差动输入级左右两边对称，以提高放大器的温漂和精度指标，R值越接近Rf与RI的并联值，温漂越小，精度越高。

2.2同相放大器

同相放大器电路如图（4）所示：同相放大器的特点是：输入阻抗Ri=R，而且R可以做的很大甚至不接。同相放大器适合要求输入阻抗高的场合。根据虚短的概念有：Vin+=Vin-=Vi，根据虚断有：Ii=If，而Ii=ViRi，If=V0-VinRf=V0-ViRf，所以有ViRi=V0-ViRf，从上式算出同相放大器闭环电压增益Av=V0Vi=1+RfR1，V0=（1+RfR1）Vi由此可知，其电压增益Av仅由外接电阻Rf和Ri决定。

三、集成运算放大器在广播发射机中的应用

3.1电压比较器

集成运放作为电压比较器使用时，工作在非线性区，其输出端不是高电平，就是低电平。当同相输入端电压高于反向输入端的电压时，运发输出高电平；同相输入端电压低于反向输入端电压时，运放输出低电平，如图所示：是用两个运放组成的窗口电压比较器，电阻R1R2为运放A1的设置的门限电压V1；电阻R3R4为运放A2的设置门限电压V2。当Vi>V1时，运放A1输出高电平VOH， Vi

当输入信号Vi在[V2，V1]区间以外时，V0输出高电平。窗口电压比较器电路，加上适当的取样电路，便可以进行风量，流量温度压力等多种物理量的双限检测，进而实现保护和报警等自动控制。

3.2电压检测及自动调整电路

电压检测放大器如图所示：A1采用反相输入方式。输入信号∑U包括两部分：一是工作电源，由稳压管DZ，限流电阻R1分压取得，并通过R2加至A1反相输入端。二是由A1输出的反馈信号Uf，通过电阻R3送至反相输入端，检测放大器输入信号为上述两者的叠加。

为了使电压检测放大器的输出满足自动调整要求，电源电压要大于反馈电压。放大器输出电压UK随输入信号∑U的变化而变化，由于采用反相输入方式，所以UK随着UF的增大而减小。当放大器A1输入电压变化或负载变化引起输出电压U0变化时，将引起反馈电压UF按比例变化，于是引起检测放大器输入信号∑U的变化，导致输出电压UK发生变化。

放大器A2通过Uk的变化，控制调制器脉宽的变化，从而为自动稳压或稳流提供条件。脉宽调制器采用A2运算放大器构成电压比较器，它的反相输入端输入给定的锯齿波电压Ui，同相输入端输入控制电压信号Uk，A2输出脉冲由Uk控制：当Uk>Uf时 ，A2 输出高电平，Uk越大，输出脉宽越大，反之，Uk越小，输出脉宽越窄。

当A1输出电压变化时，引起反馈电压Uf的变化，A1的输入和输出信号变化，导致A2的输出脉宽变化，通过一系列的自动调整使放大器的输出电压趋于稳定。当电网电压升高或负载减小，使放大器输出电压升高时，将发生下列调整：U0↑→Uf↑→∑U↓→Uk↓→U0↓。放大器输出电压在调整前升高的基础上下降，故输出电压趋于稳定。检测放大器的电压放大倍数Av=R5R3，放大倍数越大时，系统调整过程稳压精度越高。

结束语

随着科学技术的不断发展，大规模和超大规模的集成电路功能越来越强大，广播发射机发展也朝着数字化、固态化、集成化方向发展。这就要求我们要掌握基本的分析方法，以适应新形势的需要。

参 考 文 献

[1]华成英 童诗白 主编 模拟电子技术基础 高等教育出版社 2006.5

[2]黄小兵 主编 短波发射机维护手册 中国书籍出版社 2011.5