运算放大器使用技巧一、采用哪种放大器运算放大器基本电路有反相放大器及同相放大器，在实际使用中如何选择?如果输入与输出要求反相，当然要采用反相放大器，若放大的是交流信号，并无相位要求则可以采用同相放大器或反相放大器。

采用哪种好呢？这要根据具体情况来分析。

采用反相放大器的优点是：运放不管有无输入信号，其两输入端电位始终近似为零．两输入端之间仅有低于μV级的差动信号(或称差模信号)．而同相输入放大器的两个输入端之间除有极小的差模信号外，同时还存在较大的共模电压。

虽然运放有较大的共模抑制比，但多少也会因共模电压带来一些误差。

同相放大器的优点是输入阻抗极高，因此输入电阻取大取小影响不大，而反相放大器的输入阻抗Zi与输入电阻Ri大小有关(输入阻抗Zi等于输人电阻Ri)例如，输入阻抗要求100kΩ；增益要求300，则若采用反相放大器时，Ri=100kΩ，Rf=30MΩ．这样大的反馈阻值对通用运放很难正常工作了，在这种情况时，采用同相放大器更合适。

另外，还要看信号源的内阻大小。

某些传感器的内阻较大，若采用输入阻抗较小的放大电路，会影响测量精度、在这种情况时采用同相放大器更为合适。

这里介绍一种既采用反相放大器，而且也不采用阻值大的反馈电阻的电路，如图1所示这电路中的反馈电阻Rf不直接接在输出端，而按在由R1、R2组成分压器的中点A。

现对此电路进行一些分析。

此电路要求输入阻抗为100KΩ，增益为-500。

按一般反相放大器设计，Ri=100 K Ω，Rf=50MΩ。

A点的分压比为R1/（R1+R2）=1/500，且有R1《Rf。

根据“虚短”及“虚断”原则，可以列出下式：Ii=Vi/100KΩ=If,IfRf=-VA,代入可得VA=-Vi。

由A点可列出节点电流方程：Ii+If=I2及Ii=（0－VA）／R1=Vi／100；所以，I2=(Vi/100Ω)+(Vi/100KΩ)≈Vi/100Ω。

由此可求出：V0=VA－I2R2=－Vi－(Vi/100Ω)X49.9kΩ=－500Vi，即满足Vo／Vi=－500的要求．在计算中略去If会造成一些误差，但因Rf>>R1，在本例中If仅为Ii的千分之一，故这种误差是不大的。

若需要采用同相放大器，使输入与输出同相，可采用图2的电路。

读者可以自行推导一下其增益是多少。

二、Ri、Rf的选取从反相放大器及同相放大器的增益公式可知，其增益取决于Rf与Ri的比值。

并且通过实验，在一定范围内，Ri、Rf变化，只要它们之间的比值不变，增益也不变，在具体设计中电阻阻值如伺选择呢?以前的实验中，并没有加负载，而实际的放大电路是有负载电阻RL的；如图3所示．1、电阻取值太小设计一个反相放大器，若增益为－100，能否取Ri=10Ω，Rf=100Ω，Rf=lkΩ呢?这比值是对的，但实际是不行的．这可以从两方面来分析：（1）运放输出的电流是流向负载电阻及Rf的，可以看作RL与Rf并联。

所以当Rf 取得很小时(如10—100Ω)，则流过Rf的电流就大，运放有限的输出电流能力就不能充分利用，甚至使放大器很快饱和，放大器的输出电压范围变得很小，即线性范围很窄．例如，若Rf为500Ω，当输出电压为10V时，将要20mA流入Rf(若Rf取100Ω，则要100mA)，而一般运放输出电流仅土10-20mA．另外，Rf过小，使管耗过大，发热严重，可能要烧坏器件．（2）反相放大器的输入阻抗等于Ri，所以Ri取得很小时，其输入阻抗就很小。

当信号源内阻较大时，信号就输不出来。

2、电阻取值太大Ri及Rf取得过大时可能会带来较大的电流漂移干扰．如Rf取10MΩ，则100nA的工作偏流IiB在Rf上将形成1V压降影响输出，IiB若稍有变化，则会造成输出信号的严重漂移，且会形成对外部干扰很敏感的电路。

若用手指触摸10MΩ电阻，则输出是混有噪声的削顶波形。

另外，由于存在分布电容的因素，当工作频率较高时，频率特性将变坏。

一般电阻在1kΩ-lMΩ之间选取，而在10～100KΩ之间选取是较常见的。

其次的问题是如何选择电阻的精度等级．在对放大倍数要求不严的应用场合，如音响电路的前置放大电路，采用5％精度的电阻即可。

对精度要求高的放大器可采用1％或0.5％的高精度电阻。

一般都采用金属膜电阻。

在业余条件下，可以采用数字式万用表欧姆档来选配电阻，住住可获得较好效果。

这里要指出的是，电阻的阻值也是会随温度变化而变化的，则它会影响放大器的温漂，所以在精度要求较高的放大器中，应选用温度系数较小的电阻，一般高精度电阻其温度系数在lOOppm／。

C以下（ppm表示百分之一）。

最后提一下电阻的功率．由于流过Ri、Rf、Rp电阻的电流都很小，一般可选用1／8W-l／16W的金属膜电阻，若现有1／4W的也可用。

3、能否用半可调电阻代替Ri，Rf ？由于电阻的阻值有一定的误差，能设定的增益与实际增益有一定的差别，而精密电阻价格较贵，并且尺寸较大，能否采用半可调电阻来代替Ri及Rf，通过调整来满足增益的要求，如图4(a)、(b)、(c)所示：从原理上来看，三种方案都可以的，但实际上有一些问题。

首先是半可调电阻的接触不太可靠，在振动或撞击时可能会改变其阻值，一般的半可调电阻的电阻层是碳膜的，它的温度系数较大，与其他电阻温度系数数不匹配，容易产生温漂，因此不适合精度高的放大器，从图4(a)与4(b)比较，采用(b)方案较好，Rf的变化对Rp的影响较小。

方案(c)虽然增益调整范围极大，但实际调节范围不应过大。

在增益调节中采用精密多圈电位器较好，它的特点是：调节方便、精确、温度系数较小。

三、缓冲器的应用图5(a)是大家熟悉的同相放大器电路。

如果电路中Ri=∞，Rf=0，则电路变成图5(b)的样子，它就是缓冲器电路。

由同相放大器增益公式1+Rf／Ri可知，若Rf=0，Ri=∞，则其增益为1。

同样，用“虚短’的原则来分析：反相输入端的电压等于同相端的电压，而反相端已与输出端直接连接在一起，即V0=Vi．这样增益为1的电路虽然十分简单，什么外围元件都没有，有什么用处呢?先按图6来做一个实验。

这里采用的是土9V电源，采用数字表测量，从实验结果可以看出：在空载时(即不接0.5k负载电阻时)，在－7.06V～+8.93V范围内输入电压等于输出电压，且是同相的，电压跟随范围相当大。

当负载电流小时，有负载及无负载没有差别。

但负载电流大时，如大于14mA时，输出电压要比输入电压小，即放大器提前饱和。

对于输出载电流大与输出电压的关系，有兴趣的读者，用可图7所示的电路进行测量实验。

缓冲器的特点是输入阻抗极高、输出阻抗极低、能输出较大电流。

因此它可用作缓冲隔离级“插入”电路中，如某些振荡器电路若直接接负载会影响振荡器输出特性甚至或停振，而在振荡器与负载之间插入缓冲器，则可稳定地工作。

又例如一些内阻高的传感器，如压电式传感器，其输出信号非常弱，而且内阻极高。

若采用一般放大器与传感器直接连接会产生较大的测量误差。

这时传感器与放大器间插入一个缓冲器，以起到阻抗变换的作用。

下面再介绍一种实用电路，如图8所示。

为防止看电视影响屋内人学习，一般可用耳机来解决(插入电视机音频输出孔)，但如果要多人看时，则可采用图8的电路来解决。

A1～A4是四运放，接成缓冲器(LM324是单电源工作的，电源电压可采用6V)。

由于它输入阻抗高，所以即使四个运放输入端都接在一起也能工作。

耳机可用低阻抗的。

四、运放放大器应用举例本文以无线电制作者最常用的四运放集成电路LM24为例，来介绍运算放大器的几种典型应用。

LM24采用14脚双列直插塑料封装，管脚排列如图9所示。

它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，可使用单电源供电，四组运放除电源共用外，均相互独立。

每—组运算放大器可用图10所示符号来表示，它有五个引出端，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“V0”为输出端。

两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端V0的信号与该输入端信号的相位相反；Vi+(十)为同相输入端，表示运放输出端V0的信号与该输入端信号的相位相同。

由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛于家用电器、电子玩具、报警装置、自动控制等电路中。

下面介绍几种应用实例。

1．反相交流放大器电路见图11。

此放大器可代替晶体管进行交流放大，可用于扩音机前置放大等，特点是电路无需调试。

放大器采用单电源供电，由R1、R2组成1／2V+偏置，C1是消振电容。

放大器电压放大倍数Av由外接电阻Ri、Rf决定：A V=－Rf／Ri。

负号表示输出信号与输入信号相位相反。

按图中所给数值，若Ri=10kΩ，A V=-10。

此电路输入电阻为Ri。

一般情况下先选取Ri与信号源内阻相等，然后根据要求的放大倍数再选定Rf，，C0和Ci为耦合电容。

2．同相交流放大器见图12。

同相交流放大器的特点是输入阻抗高。

其中的R1、R2组成1/2V+分压电路，通过R3对运放进行偏置。

电路的电压放大倍数A V也由外接电阻决定：Av=1+Rf／R4，电路输入电阻为R3，R4的阻值范围为几千欧～几十千欧。

3．交流信号三分配放大器见图13。

此电路可将输入交流信号分成三路输出，三路可分别用作指示、控制、分析等用途，而对信号源影响极小。

因运放A1输入电阻较高。

运放A1～A4均把输出端直接接至负输入端，信号输入至正输入端，相当于同相放大状态时Rf=0的情况，故各放大器电压放大倍数均为1，与分立元件组成的射极跟随器作用相同。

R1、R2组成1/2V+偏置，静态时Al输出端电压为1/2V+，故运放A2～A4输用端亦为1/2V+，通过输入输出电容的隔直流作用，取出交流信号，形成三路分配输出。

4．测温电路见图14。

感温探头采用一只硅三极管3DG6，把它接成二极管形式。

硅晶体管发射结电压的温度系数约为—2．5mV／o C，即温度每上升1o C，发射结电压便会下降2．5mV。

运放A l连接成同相直流放大形式，温度越高，晶体管BG1压降越小，运放A1同相输入端的电压越低，输出端的电压也越低，这是一个线性放大过程。

在A1输出端接上测量或处理电路，便可对温度进行指示或进行其它自动控制。

5．有源带通滤波器许多音响装置的频谱分析器均使用如图15所示电路做为带通滤波器，以选出各个不同频段的信号，在显示器上利用发光二极管点亮的多少来指示信号幅度的大小。

这样有源带通滤波器的中心频率f0=1/2πC[1/R3（1/R1+1/R2）]1/2，在中心频率f0处的电压增益A0=R3/2R1，品质因数Q=1/2[R3（1/R1+1/R2）] 1/2，3dB带宽BW=1/πRC。

也可以根据设计确定的Q、f0、A0值，求出带通滤波器的各元件参数值。