集成运放电路的应用研究
本文将详细介绍集成电路的构成与运放电路的多类形态,通过试验与分析,针对电路不同形态的反馈与开环状态,采用了线性与非线性法,从而观察到集成运放电路的实际状态。
随着对集成电路了解的逐渐加深,其内部的模拟作用发挥的更加广泛,通过模拟范围的扩大,此类电路并不满足于仅模拟计算机中的数值,借助线性与非线性应用,其集成运放的效果可得到切实改善。
1 集成电路的构成
集成电路包含电容、电阻、晶体管与连接导线等,所有物质都被放置在较小的硅片中,在加以封装并连接电源后则构成了功能性较强的电路。
依照导电类型的不同,集成电路可分为单极型与双极型,在单极型集成电路中多子、空穴或自由电子中,参与导电的内部分子只有一种;而双极型集成电路中多子、少子都要参与到导电状态中。
根据不同功能,集成电路还可分成数字与模拟集成电路;依照集成度的不同,集成电路的规模可分成大、中、小。具体来说,当其内部仅含有10-100个元器件时,集成电路的规模较小,如集成功放、集成门电路、集成稳压器与集成运放等;当集成电路的规模较适中时,其会带有100-1000个元器件,如集成计数器与集成触发器;大型集成电路会带有1000-个元器件,如部分设备的控制器或储存器等。
集成电路内部的电阻有金属膜与扩散电阻,而电容则带有MOS管与PN结反偏电容,在其受到工艺限制的情况下,电容与电阻值较低。
2 集成运放电路的形态
集成运放属于多级放大器,其主要由输入级、中间级、输出级与配置电路构成,一般来讲,差分放大器在输入级中,其对应的电阻值较高;而中间级会将内部电压放大多倍,一级或两级的有源负载器作用在该装置内部;输出级的电路大多为准互补或互补类型,其带有稳定的输出功率;集成运放中的配置电路则是为了使各级放大器的运行更为稳定。
一方面,针对集成运放的电流源电路,此类电路既能充当偏置电路,即稳定放大器性能,还能为放大器提供负载,也被叫做有源负载。通常来讲,最为理想的电流源属恒流源,当其两侧电压出现变化时,电流状态为恒定不变,即ΔI=0,因而其交流电阻与直流电阻的值较小。
另一方面,集成运放电路中还包含差分放大器,当其在零点漂移时影响最大属第一级零漂。在分析典型的差分放大器时,当其处于静态状态时,由于其两管电路中的参数相同,试验人员可获取其准确数值。针对共模或差模信号,具体来说,差模信号的主要含义为一对极性相反、大小相同的信号。输入端接收到的差模信号为差模输入,而电路整体的差模输入值为两个输入信号间的差;大小相等、极性也相同的一对信号为共模信号,因而任一输入端的共模信号都叫共模输入。当差分放大器的状态为动态时其更依赖于共模信号,借助相同的交流量,其共模交流通路相似。
3 集成运放电路的实际运用
集成运放属通用器件,其拥有着广泛运用,基于其本身的线性或非线性特征,其能构成数模转换器、电压比较器与运算电路等。
3.1 线性应用
(1)虚断与虚短
当运放工作处在理想状态下时,其输出电压值为正无穷,由于u0值带有限制,会出现理想电流值,即为0。当两侧输入端出现疑似短路时,其也被称为“虚短”;而“虚断”则代表了两侧输入端疑似断开。基于理想运放的不可操作性,只要实际情况与分析结果的误差较小,即可视为理想运放。集成运放还要适时引入深度负反馈机制,才能在其开环增益值较大的情况下保障输入电压范围。
(2)三种不同形态的电路
其一,在反向放大器中,其具体的电路图如图1所示,输入电压u1在经过输入端电阻时进入到反相输入端中,由于RF为反馈电阻,其与补偿电阻或平衡电阻,即Rf相互作用,两者间的主要目的为使输入端中的两个外接电阻值相同,从而让电路达到平衡状态,该电路也被称为电压并联的负反馈电路。
在进行计算时,依照“虚短”概念,u+=u-,当i+=0时,其u+=i+Rf=0V,则u-=0V,在完成相应计算后,试验人员可发现相同的输入电阻值。
图1 反相放大器的电路图
其二,集成运放电路中还带有同相放大器,其实际操作方式与反相放大器相似,但不同之处在于其输入的方向为同相,再借助电压反馈到反相输入端中,因而其属于电压串联的负反馈电路。
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