【正文】 100kΩIchange圖719 最實用的同相輸入交流耦合電路IZ首先要考慮穩(wěn)壓管的最小穩(wěn)定工作電流。這是必須避免的。，則在輸入階躍信號時，R2上流過的最大電流為，要求在這種情況下，流過穩(wěn)壓管的電流IZ仍然大于穩(wěn)壓管工作最小電流IZmin。例如，已知一個穩(wěn)壓管最小工作電流為45uA，要求放大器通帶增益為10倍，下限截止頻率為2Hz，外部電阻不要超過100kΩ，且功耗盡量小。解：首先，由截止頻率等于2Hz，可知C1RC2R3組成的高通截止頻率相等，且，解得Hz按照設(shè)計要求，電路中最大電阻應(yīng)為R4，先假設(shè)R4=100kΩ，則R3=，計算的C2=1/2πR3fL1=，結(jié)果非標。設(shè)C2=22μF，重新計算R3=1/2πC2fL1=，則R4=9R3=，可選為51kΩ。如果要保證截止頻率完全準確，又要保證運放兩個輸入端阻抗匹配（抵消偏置電流帶來的偏置電壓），就必須使得R2=R3//R4，然后重新計算C1，那么結(jié)果一定是非標的。如果考慮到后級也是交流耦合，那么失調(diào)電壓將不存在問題。另一種方案是C1仍選為22μF，選擇R2=，這樣照顧了失調(diào)影響，但使得截止頻率稍有變化。利用上式解得可選R1=27kΩ。反向計算如下：截止頻率為Hz，與要求近似。靜態(tài)時流過穩(wěn)壓管的電流為μA，滿足45μA要求。這樣的單電源電路就稱為直接耦合型單電源電路。但是它也有明顯的缺點：1） VD介入了信號通道，電源上的紋波將在信號中出現(xiàn)，運放本身具備的PSSR將失去意義。2） 計算比較復雜。圖7111是一個單電源直接耦合型放大電路，假設(shè)要求放大10倍。如果沒有R2，信號直接接入運放的正輸入端，交變信號的負電壓部分將超過運放的輸入最小值0V。但是這個做法，信號在UA處已被衰減，1+R4/R3必須大于10才能使得總增益等于10。l 動態(tài)時，交變信號通過R2_R1分壓，再經(jīng)過1+R4/R3增益達到10倍總增益。嚴格說，這個電路可以通過一個穩(wěn)壓環(huán)節(jié)產(chǎn)生一個穩(wěn)定的電壓，代替具有紋波的VD，就可以克服缺點1），但是很少見到這樣的設(shè)計。VDR2R1R3R4UiUoUARL圖7111 直接耦合型同相放大電路，G=. 比例器以運放為核心的放大電路，包括比例器、加減法器、檢測電路、轉(zhuǎn)換電路、濾波電路等。其中偽地型電路無需單另介紹，只要制作出合適的偽地，理論上說所有的雙電源電路都可以在單電源系統(tǒng)中使用。其中同相、反相比例器是基礎(chǔ)。基于某一正電壓的信號指向點信號特征為單電源系統(tǒng)的信號指向點信號特征為雙電源系統(tǒng)的信號基于0V的信號圖721 關(guān)于本節(jié)的幾個符號定義. 直耦型——交流信號進入單電源系統(tǒng)（提升式）直耦型電路面臨兩種最基本的設(shè)計需求：第一，具有負電壓的交變信號如何被只有正電壓的單電源電路放大，此類電路由于輸入信號直流電平為0，而輸出直流電平為VD/2，簡稱提升式；第二，具有靜態(tài)電位的信號如何在單電源電路中既保持靜態(tài)電位仍是VD/2，又將交變成分放大，此類電路被稱為同電位式。第一項電路的特點是：1） 電路接受的是純粹的交變信號，具有負電壓成分。3） 交變信號被放大或者衰減。其輸入輸出之間是同相的。設(shè)計者只要知道當信號源為0輸入時要求的輸出電壓UOZ，以及需要的交流增益G即可。首先選擇R3為一個基準電阻，這個電阻的選擇與整個噪聲水平、功耗設(shè)置有關(guān)，也與電阻精度造成的易選性有關(guān)。 (74)對RR2的計算，依據(jù)下式。舉例1：25倍同相放大。代入式（73），得到a和k。圖723 同相25倍增益仿真電路和結(jié)果舉例2：。解：交流增益為G=，UOZ=，按照上述相同的算法，假設(shè)R3=5100Ω，得到圖724 R4=510Ω，R2=1020Ω，R1=850Ω，仿真電路和結(jié)果如圖724。要求輸入2V正弦波。同相衰減（G=），圖722電路只能實現(xiàn)G=，其中G=，R2=R1=2R4實現(xiàn)。要實現(xiàn)更小的增益，在UA處增加一個電阻R5接地，且將后續(xù)R3的增益環(huán)節(jié)去掉，讓其變成跟隨器。R2VDR1UAUoR5RLUiR4圖726單電源提升式同相，G=假設(shè)增益為G，零輸入時輸出為UOZ，則有下式成立：上式相除，得，即 (76)再將式（76）代入G的表達式，并同乘以分母，得，化簡之，得，再化簡，得 (77)為了平衡運放的輸入端，也考慮到某些具有輸入保護二極管的運放需要增加跟隨器保護電阻，電路中保留了不影響計算的R4，其大小為： (78)從式（77）也可看出，如果G，分母有可能為負值。其實，把R5斷開，就與圖722電路實現(xiàn)G=。解：可知G=，UOZ=，根據(jù)式（76）（77）計算得：設(shè)R1=10000，R2=4000，R5=6667，仿真電路及結(jié)果如圖727所示。圖728 解：可知，G=，UOZ=2。反相放大在直接耦合電路中，反相放大器設(shè)計思路較為清晰，只需一個電路就可實現(xiàn)衰減或者放大。VDR2R1R3R4UiUoUARL圖729 單電源提升式反相放大電路與前述電路類似，設(shè)計者需要確定交流增益G，以及零輸入時輸出電平UOZ，也需要首先確定電阻R3，其余電阻都以R3為基準計算。圖7210 反相10倍增益仿真電路和結(jié)果解：選定R3=1000，計算得R4=10kΩ，R1=，R2=20kΩ，仿真結(jié)果如圖7210。圖7211 反相1倍增益仿真電路和結(jié)果解：選定R3=1000，計算得R4=1kΩ，R1=，R2=2kΩ，仿真結(jié)果如圖7211。圖7211 反相1倍增益仿真電路和結(jié)果解：選定R3=10000，計算得R4=1kΩ，R1=1250，R2=3333，仿真結(jié)果如圖7211。此時，需要已知前級的直流電壓UIZ，輸出直流電壓UOZ，以及電路增益G。但是，如果統(tǒng)一輸入輸出的直流電平都保持在相同的電位——電源電壓的1/2，電路結(jié)構(gòu)反而會更加簡單。同電位反相放大VDR2R1R3R4UiUoUARL圖7212 同電位反相放大電路VD/2VD/2要求輸入為基于VD/2的信號，輸出也為基于VD/2的信號，具有增益G反相放大。確定R3，其它電阻計算如下： （712）由于此電路在靜態(tài)時UA為VD/2，運放負輸入端和輸出端靜態(tài)時也為VD/2，所以R1=R2，且R1//R2=R3//R4，易得 （713）舉例：。仿真電路和結(jié)果如圖7213。電路結(jié)構(gòu)如圖7214所示。解：可知G=2，確定R3=1000，根據(jù)式（714）~式（716）計算得：R2=1000，R4=500，R1=250，仿真如圖7215。如果要實現(xiàn)同相位1倍放大，最好的辦法是制成跟隨器形式，也就是在電路中將R2和R3去掉，保持R1和R4相等。但是不可避免的，我們?nèi)詴龅酵娢煌嚯娐分械男盘査p問題。據(jù)此列出：上兩式相除，得 （717） （718）舉例：。圖7217 同電位同相衰減仿真電路及結(jié)果. 交流耦合型如果信號不包含直流信息，在信號傳遞耦合過程中，就可以采用阻容耦合方式——只傳遞交變信號而去除了直流成分。阻容耦合反相放大器圖7220是一個典型的阻容耦合反相放大器，設(shè)計和使用都很容易。在設(shè)計中，需要滿足如下四點要求：1） R1和R2負責給運放提供合適的偽地。當然也可以按照實際需要，將UA設(shè)置成需要的電位。2） R3和R4決定交變信號增益。3） C1和R3負責隔斷前級的直流成分，且完成信號的耦合。注意，這個截止頻率要遠遠小于信號的最小有效頻率。VDR2R1R3R4UiUoUARL圖7220 阻容耦合反相放大電路C1圖7221給出的是一個阻容耦合式10倍增益的反相放大器。運放同相端形成偽地的兩個分壓電阻選擇了整數(shù)20kΩ，而不是精確計算的值——10kΩ和100kΩ并聯(lián)值的2倍。仿真實驗中輸