畢業(yè)論文---模擬對數(shù)運放電路

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）</b></p><p><b>　　2005 屆</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書</p><p>　　系部： 電子工程系 </p><p>　設(shè)計（論文）題目：模擬對數(shù)運放電路</p><p>　指導(dǎo)教師：

2、 職稱：工程師類別：畢業(yè)論文</p><p>　學(xué) 生： 專業(yè)：工業(yè)電子班級：電子0239</p><p>　1、設(shè)計（論文）的主要任務(wù)及目標根據(jù)畢業(yè)設(shè)計的基本要求，在明確計劃和進度介紹模擬運放電路的工作原理，完成對數(shù)學(xué)中對數(shù)函數(shù)關(guān)系的電路的任務(wù)。</p><p>　2、設(shè)計（論文）的主要內(nèi)容運用運放電路的虛短，虛地等特性，從而實現(xiàn)輸入變量與輸出變量的對數(shù)關(guān)系，

3、利用三極管集電極電流與基-射的電壓具有較為精確的對數(shù)關(guān)系，從而實現(xiàn)對數(shù)運算。</p><p>　3、主要參考文獻王軍： 《模擬電路》 工業(yè)出版社 2000年第4版 第100頁張名： 《電子元件》 電子工業(yè)出版社 2003年第2版 第122頁宋樂： 《無線電與電機》 中國礦業(yè)出版社 2002年第3版 第199頁注：類別是指畢業(yè)論文或畢業(yè)設(shè)計，類型指應(yīng)用型、理論型或其他</p>

4、;<p>　4、進度安排</p><p>　設(shè)計（論文）各階段任務(wù)起止日期</p><p>　1畢業(yè)設(shè)計選題及交題3.4--------3.15</p><p>　2審題及確定3.15-------3.22</p><p>　3實施3.15-------3.22</p><p>　4提交5.25-----

5、--6.5</p><p>　5論文答辯及成績評定6.20-------6.30</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本論文是針對模擬對數(shù)運放電路而寫的，本論文中系統(tǒng)的闡述了模擬對數(shù)運放電路的原理，本論文共分為二章，第一章主要講述了運放電路的基本知識，</p><p>　　其中1.1 運放電路

6、的基本認識是講述了運放電路的運用，1.2 運放主要指標是講述了理想與實際運放電路的性能指標，1.3 集成運算放大器的分類和選擇講述了運放電路的選擇，第二章是具體到對數(shù)運放電路，該章中主要講述了對數(shù)運放電路的原理，并推導(dǎo)出模擬運放電路的輸出與輸入電路的函數(shù)表達式。</p><p>　　由于我的水平有限，雖極力努力，錯誤仍在所難免，希望各位老師能夠多提寶貴的意見。</p><p>　　關(guān)鍵詞：

7、運放電路 理想狀態(tài) 二極管 虛地</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、運放電路的發(fā)展與基本知識…………………………………………………………………1</p><p>　　1.1運放電路的基本認識……………………………………………………………………..1</p><p>　　1.2 運放主要指

8、標……………………………………………………………………………1</p><p>　　1.3 集成運算放大器的分類和選擇…………………………………………………………3</p><p>　　二、基于集成運放信號的對數(shù)運算……………………………………………………………..10</p><p>　　2.1幾個重要概念…………………………………………………………………………1

9、0</p><p>　　2.2 對數(shù)運放電路…………………………………………………………………………..10</p><p>　　2.3 運放性能對對數(shù)運放的影響…………………………………………………………..11</p><p>　　結(jié)論……………………………………………………………………………………………….12</p><p>　　參考

10、文獻 ……………………………………………………………………………….13</p><p>　　一、運放電路的發(fā)展與基本知識</p><p>　　1.1 運放電路的基本認識</p><p>　　在現(xiàn)代電子領(lǐng)域的集成電路家族中，集成運算放大器IC OperationalAmplifier(簡稱運放)是20世紀60年代才被研制成功，并且最早應(yīng)用于實際的單元線性集成電路。根

11、據(jù)不同電路的需要和場合．集成運算放大器可廣泛應(yīng)用于當(dāng)今世界上所有的電子設(shè)備和裝置中。在音響、影視器材設(shè)備中集成運算放大器更是起著舉足輕重的作用。</p><p>　　要掌握好對運放的靈活應(yīng)用，有必要對運放的基本性能、特點、參數(shù)等知識有大致的了解。大家知道，現(xiàn)在通常使用的運放都屬于線性模擬集成電路范疇，這是相對于分立的元器件（如晶體管）而言，但在作電路分析時，相對于電路中的功能單元而言，運放又可以被認為是特殊的分立

12、器件。運放除了具備集成電路的共性優(yōu)點外，還具有自身獨特的優(yōu)點：成本最低、用途最廣、互換性最好（能與國際間的同類產(chǎn)品或類似品互換）。</p><p>　　當(dāng)運放的外圍電路接入不同形式的反饋網(wǎng)絡(luò)之后，便能實現(xiàn)多種基本電路功能。</p><p>　　1.可用作放大器（如音頻、視頻放大、交流直流放大、微分放大和對數(shù)放大器等等）；</p><p>　　2.可作模擬運算（如加法

13、器、減法器、積分器、微分器、換碼器、系數(shù)均衡器等等）；</p><p>　　3.可作有源濾波器（如低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器等等）；</p><p>　　4.可作振蕩器（如正弦波振蕩器、非正弦波振蕩器、多諧振蕩器等等）；</p><p>　　5.可作恒定電源（如穩(wěn)壓源、恒流源等等）；</p><p>　　6.可作轉(zhuǎn)換器（如

14、電流／電壓轉(zhuǎn)換器、頻率／電壓轉(zhuǎn)換器、數(shù)／模轉(zhuǎn)換器、比較器、電壓跟隨器等等）； 7.可構(gòu)成各種非線性電路（如高效檢波器、限幅器、高頻檢波器、對數(shù)轉(zhuǎn)換器、乘法器等等）；由于運放用途廣泛，因此各種門類齊全、型號眾多的運放也就不斷應(yīng)運而生。盡管是五花八門，但其發(fā)展方向是共同的。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，運放各項特性指標也更接近理想化標準。</p><p>　　1.2 運放主要指標</p><p&g

15、t;　　理想的運放主要指標是：</p><p><b>　　1.增益為無窮大；</b></p><p>　　2.通頻帶為無窮寬;</p><p>　　3.同相與反相輸入端之間阻值無窮大，同相反相兩輸入端與公共地之間的阻抗無窮大；</p><p>　　4.輸出電流容量為無窮大；</p><p>&l

16、t;b>　　5.輸出阻抗為零；</b></p><p>　　6.輸入失調(diào)電壓為零；</p><p><b>　　7.輸入電流為零；</b></p><p>　　8.只放大差模信號，而完全抑制共模信號；</p><p>　　9.以上各項指標不受任何溫度和濕度的影響。</p><p>

17、;　　但是，目前被實際使用的運放特性指標是：</p><p>　　1.電壓增益相當(dāng)大；</p><p><b>　　2.通頻帶相當(dāng)寬；</b></p><p>　　3.能作反相或同相的差分放大；</p><p>　　4.輸入阻抗相當(dāng)大；</p><p><b>　　5.輸出阻抗很??；&l

18、t;/b></p><p>　　6.直流失調(diào)可設(shè)計到最??；</p><p>　　7.可進行溫度補償；</p><p>　　8.可加深度負反饋，以改善高頻特性；</p><p>　　9.輸出級可輸出最大額定電流；</p><p>　　10.在差分輸入狀態(tài)下，對共模信號的抑制能力好（即共模抑制比高）。</p&g

19、t;<p>　　以上說明實際中使用的運放特性與理想中的運放特性還存在一定距離，其指標差異對照見表1。當(dāng)然隨著科技的發(fā)展，這種距離和差異正在逐步縮小，新一代運放的質(zhì)量性能指標已接近理想化的運放。我們了解這兩種不同情況下的指標差異，將有助于有的放矢地選擇合適的運放應(yīng)用到實際電子線路中</p><p>　　1.3 集成運算放大器的分類和選擇</p><p>　　運放所構(gòu)成的典型放大

20、電路如圖1所示。運放的引出端有同相輸入端、反相輸入端、輸出端、正電源端、負電源端、接地端、補償端（如圖中所作頻率補償電路用）、偏置端、調(diào)零端等等。其中前五種為基本引出端。運放的電路符號如圖2所示，其中“＋”代表同相輸入端（即正輸入端），“－”代表反相輸入端（即負輸入端）、Vo處的端子為輸出端，還有兩個為正、負電源電壓輸入端。</p><p>　　由于各型號運放種類繁多，而且還在不斷推陳出新，在Hi-Fi音響領(lǐng)域，

21、運放本身性能的差異，決定著某一音響系統(tǒng)的質(zhì)量檔次。因此，有選擇地更換新型運放，已作為使各類音響器材設(shè)備升級換代的一項主要舉措，發(fā)燒友稱此為“摩機”。為避免“摩機”中的盲目性，首先有必要熟悉各類運放的參數(shù)、性能和指標，然后按音響電路的要求挑選合適的運放。因此對各種運放分類的了解是選擇運放的基礎(chǔ)。</p><p>　　1.通用型運算放大器</p><p>　　這種運放具有價廉而應(yīng)用范圍廣的特征

22、。但目前對通用型的定義還不十分明確，此型的性能尚沒有明確的標準。可以大致認為，在不要求有突出參數(shù)指標情況下使用的運放就稱之為通用型。但是，由于運放的整體性能普遍提高，通用型的標準也有相對上浮趨勢。即過去的某些高性能運放，現(xiàn)在可能就變成了通用型。</p><p>　　根據(jù)實際參數(shù)指標，目前下列運放被劃分為通用型：單運放系列中的uA709、uA741、MC1456、LM301A、LF351、TL081等；雙運放系列中

23、的LM358、RC4558、MC1458、LF353、TL082等；四運放系列中的LM324、MC3403、LF347、TL084等。其中，uA709、uA741、LM358等通用型運放已被劃到使用范圍之外。</p><p>　　2.特殊型（即高性能型）運算放大器與通用型運放相比，部分性能指標特別優(yōu)良的運放產(chǎn)品便被稱之為高性能型。由于高性能型運放也沒有嚴格的區(qū)分標準，只能把其中某項或某幾項參數(shù)指標高于通用型運放指

24、標的稱之為特殊型運放。如根據(jù)某一特性參數(shù)分類，可以分為以下幾種類型：</p><p>　?。?）低輸入偏流型。當(dāng)運放的輸入偏流為零時，便是理想的運放。其輸入偏流IB ，是用運放的兩個輸入端電流平均值來定義的，因此該值越小，性能越高。當(dāng)環(huán)境溫度T＝25℃時，不同結(jié)構(gòu)不同類型的低輸入偏流型運放，其偏流值應(yīng)在以下規(guī)定范圍內(nèi)：</p><p>　　雙極型運放：25nA～lμA</p>

25、<p>　　場效應(yīng)管輸入型運放：1μμA～50μμA</p><p>　　MOS輸入型運放：0.1μμA</p><p>　　CMOS輸入型運放：0.1μμA</p><p>　　采用低偏流放大器的電路有：小電流測定電路、需要高阻抗的電路、積分器、電流/電壓轉(zhuǎn)換器、高阻抗轉(zhuǎn)換器等。</p><p>　　（2）低輸入失調(diào)電壓型。當(dāng)無

26、信號時，運放的正、負輸入端子之間產(chǎn)生的電壓被稱為輸入失調(diào)電壓Vos。顯然，該值為零時是理想的。因此，其值越小，越接近零的就是性能優(yōu)良的運放。就一般而言，當(dāng)環(huán)境溫度T＝25℃時，輸入失調(diào)電壓指標若在1mV以下便為低輸入失調(diào)電壓。</p><p>　?。?）低漂移型。所謂漂移，是指隨著環(huán)境溫度的變化和時間的推移，運放的某些特性發(fā)生變化，顯然，這種變化越小便是性能好的運放。其特性隨溫度變化的被稱為溫度漂移（簡稱溫漂）；

27、其特性隨時間變化的就稱為時間漂移（簡稱時漂）。輸入失調(diào)電壓的溫度漂移是用每1℃的增量所引起輸入失調(diào)電壓的變化量來表示的；而失調(diào)電壓的時間漂移是用一個月（或一年）所引起的失調(diào)電壓的變化量來表示的。當(dāng)然，其它參數(shù)也會產(chǎn)生漂移，也有穩(wěn)定的必要，但是其中以輸入失調(diào)電壓的漂移對運放應(yīng)用電路的影響最大。一般而言，在運放的工作溫度范圍內(nèi), 輸入失調(diào)電壓的最大溫漂如在5μV／℃以下，就可被稱為低漂移運放。</p><p>　?。?/p>

28、4）高速型、寬頻帶型。高速型運放，是根據(jù)當(dāng)加入運放輸入端信號變化時，輸出端能作出如何跟隨反應(yīng)來判定的。為了鑒別運放輸出端的跟隨能力，常用轉(zhuǎn)換速率SR（Slew Rate）的大小來確定。在大信號條件下，把階躍輸入（即輸入信號電壓的最小值向最大值階躍變化）施加于運放的正、負輸入端之間時，該運放輸出電壓隨時間的最大變化率就稱之為轉(zhuǎn)換速率。轉(zhuǎn)換速率通常用單位V /μS來表示。通用型運放的轉(zhuǎn)換速率規(guī)定在5V/μS以下，而轉(zhuǎn)換速率在5V/μS以上者

29、即為高性能運放。寬頻帶型運放，是用運放的最高工作頻率來定義的。工作頻率越高，輸入?yún)?shù)的變化量越大，顯然，轉(zhuǎn)換速率越大的運放，越可以認為是寬頻帶型運放。</p><p>　　然而，根據(jù)運放的使用目的，在小信號狀態(tài)下和在大信號狀態(tài)下，寬頻帶型的定義是不同的。在小信號條件下使用的運放是用單位增益帶寬（在開環(huán)狀態(tài)下使其增益下降到直流增益的0dB時所對應(yīng)的輸入工作頻率，用fT或GB表示）來定義的；在大信號條件下工作的運放是

30、用最大輸出帶寬（不失真的最大輸出的頻率）、或增益帶寬積GBW(在開環(huán)增益下降至直流增益的－3dB時所對應(yīng)的輸入信號頻率稱為增益帶寬，增益帶寬與增益的乘積就稱為增益帶寬積）、或轉(zhuǎn)換速率來定義的。所以選擇應(yīng)用在Hi-Fi音響電路中的運放，既要考慮工作在小信號條件下，同時也能工作在大信號條件下，因此，必須將高速型和寬頻帶型兩種特性都予以兼顧來挑選運放，這點對音響效果的體現(xiàn)是否能到位甚為關(guān)鍵，音響發(fā)燒友在心目中要有全面衡量標準。</p&g

31、t;<p>　?。?）高精度型。高精度型運放是指：測量儀器中使用的運放，在其工作溫度范圍內(nèi)，運放能夠給予保證的輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流、輸入偏流、共模信號抑制比、電源電壓抑制比等一系列參數(shù)的最大值或最小值。</p><p>　?。?）高輸出電流型。一般半導(dǎo)體材料制成的運放輸出電流范圍在10～20mA，如果輸出電流達到50mA以上者便可稱為高輸出電流型運放。在混合型結(jié)構(gòu)的集成運放中，還有輸出電流達到

32、1A以上的產(chǎn)品，也就是在音響器材中經(jīng)常采用的功率放大集成模塊，如目前較有名氣的LM1875，TDA1514、LM3886等等。（7）高電源電壓（高電壓）型。普通運放工作電源電壓的典型值是±15V，能接納工作電源電壓在±20V以上的運放，便被稱為高電源電壓型（簡稱為高電壓型）。這種運放也意味著具有較大的動態(tài)范圍。</p><p>　?。?）低功耗型（微功耗型）。一般運放的靜態(tài)輸入功率在50mW以

33、上，而低功耗型運放在電源電壓為±15V的條件下工作時，其靜態(tài)功耗僅在5mW以下。而且低功耗型運放可在低電源電壓（±3V以下）條件下工作，此時的靜態(tài)功耗在1mW以下，故又稱為微功耗型。因此，這種運算放大器也適用于在干電池供電的條件下工作。</p><p>　?。?）低噪型。一般運放的輸入換算噪聲電壓en在10μVP－P以上，而低噪聲型運放的輸入噪聲電壓en在2μVP－P以下，輸入噪聲密度en在1

34、0V/√Hz以下。這一參數(shù)對信號經(jīng)運放放大后輸出的質(zhì)量尤為重要。</p><p>　　3.根據(jù)制造運放的不同材料和電路結(jié)構(gòu)的不同形式，又可以將運放分成以下幾類：</p><p>　?。?）雙極型運算放大器。最早的集成運放由雙極型晶體管構(gòu)成。到目前為止，大部分集成運放仍屬于雙極型運放。但隨著電子和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，采用結(jié)型場效應(yīng)管和MOS型場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的運放也應(yīng)運而生。所以，現(xiàn)在把集成運放的

35、輸入差分放大級采用雙極型晶體管的運放稱為雙極型運放。只是在雙極型輸入差分放大級中有采用NPN型還是采用PNP型的區(qū)別。</p><p>　　（2）結(jié)型場效應(yīng)管輸入運算放大器。這種運放內(nèi)部電路中大多是由雙極型品體管構(gòu)成，只是在輸入差分放大級中采用了結(jié)型場效應(yīng)管。由于輸入級采用了場效應(yīng)管，可使運放輸入阻抗變高，輸入偏流變小。但是，結(jié)型場效應(yīng)管的溫度漂移較大，溫度每上升10℃，輸入偏流約增加1倍，對此在選擇運放時應(yīng)加以

36、注意。</p><p>　?。?） MOS型場效應(yīng)管輸入運算放大器。這種運放在輸入差分放大級采用了MOS型場效應(yīng)管。輸入阻抗幾乎可以達到無窮大。因此，輸入信號泄漏電流極小，只能用0.1μμA數(shù)量級的微小值來表示，此項特性參數(shù)已非常接近理想值。</p><p>　?。?） CMOS型運算放大器。這種運放內(nèi)部電路中所有晶體管完全用CMOS型場效應(yīng)管構(gòu)成，因此具有輸入阻抗高、靜態(tài)電流小、工作噪音

37、小、轉(zhuǎn)換速率高等特點。這種運放可以被稱之為發(fā)燒級運放。</p><p>　　有了以上對集成運放基本性能的了解，就可以在不斷迫求高保真音響效果的過程中游刃有余。運放作為器件在音響設(shè)備中很大程度上決定著整個音響系統(tǒng)的質(zhì)量檔次。隨著新型運放不斷間世，發(fā)燒友們可以在眾多型號的運放中選擇性能更好的運放來更換原有音響器材中的運放。使原有音響設(shè)備在不作大的變動前提下，便能達到升級換代的目的。還可以參與調(diào)整原音響器材電路中各器件

38、的運用布局，使之更趨合理。用不多的投入來更接近Hi-Fi標準。</p><p>　　1.在早期發(fā)燒級運放中，大家熟悉的型號有：單運放NE5534、OP37、LF356、LM318和CA3140；雙運放NE5532、LM833、CA3240、LF412和uPC4556。這些運放都曾被冠以“運放皇”、“極品運放”等頭銜，在前兒年的確風(fēng)光一時。就是現(xiàn)在相當(dāng)多的發(fā)燒級音響器材中仍能見到這些運放的身影。其中單運放中的NE5

39、534和雙運放中的NE5532更是在音響界家喻戶曉。它們具有較細膩的高音，低音也較厚實，整體音色偏暖。雖然這兩款運放都是雙極型，但以低噪聲、高轉(zhuǎn)換速率、寬頻帶、驅(qū)動能力強等優(yōu)良特性以及便宜的價格曾使一代發(fā)燒友為之傾倒。</p><p>　　當(dāng)然缺點也是毋庸置疑的：輸入阻抗較低、高音發(fā)毛、解析力不夠高、聲場的定位聚焦欠準確。后來又出現(xiàn)了不少盜版產(chǎn)品使之聲譽大受影響。盡管如此，正宗的NE5534和NE5532仍是值得

40、采用的“保留”運放，進口、國產(chǎn)中檔成品CD、VCD和LD的音頻電路中大量運用就是最好的證明。后來美國Signetics公司又推出NE5535想作為雙運放NE5532的升級產(chǎn)品，其轉(zhuǎn)換速率達15V/μs，但由于增益帶寬積僅為1MHz，而輸入噪聲密度卻高達30nV／√Hz，使音色不比NE5532提高多少，自然在音響界未能站得住腳，也就偃旗息鼓自行停產(chǎn)。</p><p>　　2. 90年代初美國線性技術(shù)公司（Linea

41、r Technology）研制出LT1028單運放和LT1057雙運放，在音響界又名噪一時。這兩款發(fā)燒級運放正如各種媒體所介紹的，其音色屬“冷艷清麗”型，有較高的解析力和層次感。除了高轉(zhuǎn)換速率、寬頻帶等特性外，還有低輸入偏流，這主要是采用了MOS型場效應(yīng)管構(gòu)成輸入差分放大級，也是解析力較好的主要原因?？雌饋黼p運放LT1057似乎是兩個單運放LT1028的組合。但究其內(nèi)部電路還是有所差異。從靜態(tài)電源電流可看出，雙運放LT1057只有3.2

42、mA靜態(tài)電流，平均每個運放只耗電1.6mA，而單運放LT1028有7.4mA的靜態(tài)電流，是LT1057中單個運放的4.6倍。將這兩種運放分別用在前置放大器中聆聽比較LT1028的音色就比LT1057要醇厚，動態(tài)與解析力比LT1057還要略勝一籌?？傊眠@兩款運放來改善層次感和解析力不足的音響器材，恰似好鋼用在了刀刃上，每試必有收獲。</p><p>　　3.美國模擬器件公司（AnalogDevices）1995

43、年推出的新型發(fā)燒級雙運放OP275一經(jīng)試用，就博得了膽機發(fā)燒友的喝彩，評價為具有“膽味”的發(fā)燒級運放。OP275采用JFET結(jié)型場效應(yīng)管組成輸入差分放大級，與雙極型晶體管混合搭配成完整運放電路。將其應(yīng)用在音響電路中，表現(xiàn)出的特點是：人聲演繹得十分逼真，具有電子管音響的醇厚、柔順和潤澤。這主要得益于OP275十分平坦的增益?zhèn)鬏斖l帶，在20Hz～20kHz范圍內(nèi)的輸出曲線段幾乎完全水平，“膽”聲韻味在該運放的作用下表現(xiàn)得淋漓盡致。用OP2

44、75來改善音質(zhì)毛糙、“聲”單力薄的音響器材真是恰到好處。而且該雙運放市場售價僅二十元左右，應(yīng)該說比較超值。但要注意現(xiàn)在市場上出售的有美國產(chǎn)和韓國產(chǎn)之分，后者價格更便宜些。雖說制作電路版本一樣，但聽感上仍覺得美國產(chǎn)的要好些。</p><p>　　4. AD711單運放、AD712雙運放、AD713四運放是美國模擬器件公司新近推出，用于更新替換早期的單運放TL081、LF411；雙運放TL082、LF412和四運放T

45、L084、LF347。該系列運放具有高轉(zhuǎn)換速率16V/μS和低達0.0003％的總諧波失真度，用在音響器材上的定位表現(xiàn)相當(dāng)好，與其它發(fā)燒運放相比，音色比較樸素，似未作過任何修飾。高頻解析力的聽感在NE5532與LT1057之間，不過略帶“毛刺”，大概是4MHz的增益帶寬還不夠?qū)挼脑?；低音控制力較強，比LT1057要厚實些。據(jù)說AD712雙運放還用在了SONY高檔CD機CDP-777EST的電路中。AD712的市場售價僅十五元左右，值得

46、“摩機”發(fā)燒友一試。</p><p>　　5.美國模擬器件公司在95年推出的AD827雙運放和AD847單運放，其設(shè)計本意是想用在視頻信號處理電路中，因為它們具有300V/μS的高轉(zhuǎn)換速率和50MHz的增益帶寬（比一般發(fā)燒級運放要高1～2個數(shù)量級）?？墒钱?dāng)音響發(fā)燒友將其嘗試著在音響電路中一用，卻得到了意料之外的驚人效果。它們在音頻范圍內(nèi)的表現(xiàn)兒乎無懈可擊。晶瑩剔透的高音頻延仲得相當(dāng)寬；低頻的展現(xiàn)也十分扎實有力且彈

47、跳感明顯。最為可貴的是AD827、AD847的低電壓性能非常好，即使工作電壓低到±5V，仍能保持200V/μS的轉(zhuǎn)換速率和35MHz的增益帶寬，這樣的性能不僅能滿足視頻信號電路對運放交流參數(shù)的需要，在音頻電路范圍內(nèi)應(yīng)用更能使其大顯身手。其音色解析力可以說在現(xiàn)階段達到了“無與倫比”的境地。</p><p>　　6.以上所介紹的各種發(fā)燒級集成運算放大器其內(nèi)部均采用電壓式反饋網(wǎng)絡(luò)來提高自身特性，而最近美國伊萊

48、迪克公司（Elantec）又研制推出一種新型運放EL2000系列。在該系列運放的內(nèi)部電路采用了電流取樣反饋模式，使運放信號電流的輸出更接近于恒流源，這對于工作在小信號狀態(tài)下的電路（如前置放大、線路放大、緩沖放大等）將產(chǎn)生十分有利的影響。EL2000運放系列中EL2232是最值得推薦使用的，其高達600V /μS的轉(zhuǎn)換速率比目前稱為極品運放的AD827還要超出一倍，50MHz的增益帶寬和4.5nV/√Hz輸入噪聲密度，也足以令人叫絕。在音

49、響電路中使用，能明顯感到該運放的音色親切自然、甜美圓潤；聲場解析力之高使音樂聲中表現(xiàn)的人聲、弦樂聲、管樂聲和打擊樂聲層次分明；音場方向定位準確；低音下潛得更深沉，高頻舒展得更亮麗。</p><p>　　不過，在使用EL2232雙運放“摩機”時必須注意，原電路中的運放內(nèi)部負反饋模式是電壓取樣型，其外圍電路參數(shù)不適用于電流反饋型運放，所以不能將EL2000系列運放直接替換到電路中，否則達不到應(yīng)有效果，只能使EL200

50、0系列運放表現(xiàn)平平，讓滿腔熱情的發(fā)燒友大失所望。</p><p>　　圖3是一個常用的線路放大電路，其電壓增益公式為：Ku=1+R2/R1；如要變動放大器增益，只須改變R2與R1的比值。如果將電流反饋型運放接入該電路，R2與R1的取值范圍只能在50Ω～10k之間才能有效。圖4也是一種常用的同相放大器。該電路具有很高的輸入阻抗和很低的輸出阻抗，可稱為緩沖隔離放大器。該電路的電壓增益公式為Ku = Use/UsrC1

51、≤1，而電流增益為Ki = isc/isr = ic/ib>>1，且輸入輸出波形相位一致，所以又稱之為跟隨器。通常使用運放構(gòu)成圖4電路，其中電阻R阻值為0，是完全反饋式的短路線。</p><p>　　但選擇EL2000系列運放在該電路中應(yīng)用，電阻R的阻值就不能是0，必須在1k左右調(diào)整取值才能有效。滿足以上條件后，圖3、圖4實用電路中的運放就能互換成EL2000系列電流反饋型運放。另外，由于EL2000

52、系列電流反饋型運放的輸入電路不是其它運放常用的差分電路結(jié)構(gòu)，所以這種運放的共模信號抑制比不太高，大多在60dB～70dB之間，在音響電路的效果中可能會產(chǎn)生些背景噪音，但是在使用CD、LD、VCD等數(shù)碼音源情況下，這點背景噪音無礙大局，即使在線路放大、緩沖放大等場合下運用，也不會帶來不良后果，發(fā)燒友盡可放心使用。所以在選用每種新運放之前，應(yīng)該對該運放的性能、參數(shù)、特點和電路結(jié)構(gòu)有所了解和熟悉，從而對運放的應(yīng)用做到合理恰當(dāng)，避免人云亦云的盲

53、目性。這就是對Hi-Fi音響的追求由感性上升為理性的表現(xiàn)，只有這樣才能充分享受“摩用”新型運放所帶來的種種快慰。各種發(fā)燒級運放的主要性能參數(shù)對照見表2。</p><p>　　隨著科技的進步和發(fā)展，相信集成運算放大器還會朝著高增益、高精度、高輸入阻抗、高轉(zhuǎn)換速率、低功耗、低漂移、寬頻帶、多功能等更高、更理想化的指標，繼續(xù)不斷地推陳出新。在音響和影視領(lǐng)域，以看得見、聽得到、摸得著的高科技產(chǎn)物組眾多的發(fā)燒友們帶來更多的

54、驚喜和興奮，以滿足日益增長的物質(zhì)文明和精神文化的需求。</p><p>　　二、基于集成運放信號的對數(shù)運算</p><p>　　在對數(shù)運放組成的電路中，對數(shù)運放電路應(yīng)工作在線性區(qū)。為簡便起見，將電路中的運放當(dāng)作理想運放。在討論對數(shù)運放電路時，將虛斷和虛短作為基本出發(fā)點。</p><p><b>　　2.1幾個重要概念</b></p>

55、<p><b>　　1、虛短原則</b></p><p>　　由于在線性區(qū)理想的開環(huán)電壓放大倍數(shù)Auo為無窮大，</p><p>　　所以Ui=U+ ━ U-=Uo/Auo=0-----------------------（1）</p><p>　　式（1）表明，如果工作在線性區(qū)，那么它的同相輸入端和反相輸出端的電壓始終相等，從電

56、壓的角度來看，可以把他們看成短路。當(dāng)同相輸入端接地時反相輸入端稱為虛地。</p><p><b>　　2、虛斷原則</b></p><p>　　理相運放的差模輸入電阻Rid為無窮大，流入運放的輸入的電流為0，可認為外部電路與運放輸入端之間是斷開的，稱為虛斷。</p><p>　　3、飽和區(qū)的分析方法</p><p>　　

57、如果運放的輸出達到飽和電壓，運放就工作在飽和區(qū)，運放工作在飽和區(qū)可能是因為開環(huán)或正反饋，也可能是因為反饋較小，或輸入信號幅度較大等。在飽和區(qū)，由于運放的輸出電壓很大，虛斷則完全可用，但這時因U-與U+不再相等，所以虛短則不再可用，運放工作在飽和區(qū)，輸出電壓的飽和狀態(tài)可作為分析的依據(jù)之一。</p><p>　　2.2 對數(shù)運放電路</p><p>　　半導(dǎo)體PN結(jié)的伏安特性為指數(shù)函數(shù)，利用該

58、特性可以實現(xiàn)對數(shù)運算，使用PNP型BJT的Ucb>0(但接近于0)，Ube>0，則在一個相當(dāng)寬廣的范圍內(nèi)（例如Ic從10ˉ9------10¯8A之間，集電極電流與基-射的電壓具有較為精確的對數(shù)關(guān)系。</p><p>　　Ic≈Ie=IeS(eUbe/UT—1) ≈IecEUbe/UT (3.1)</p><p

59、>　　這是因為一般有Ube>>UT(UT=KT/q為溫度的電壓當(dāng)量，式中K為玻爾姿曼常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度，q為電子電荷，在室溫300K時，UT=26mV。Ies是發(fā)射極反相飽和電流。</p><p>　　Ube=UtlnIc/Ies (3.2)</p><p>　　將PN結(jié)

60、和運放結(jié)合起來，可以實現(xiàn)對對數(shù)函數(shù)，電路如圖所示</p><p>　　根據(jù)虛斷和虛短的原則有：</p><p>　　Ii=Ic=Ui/Ri,Uo=-Uce=-ube</p><p>　　注意到式（3-2）有</p><p>　　UO=-ube=-UtlnUi/Ies=-ui/R1Ies</p><p>　　=-Utln

61、ui +UtlnR1Ies</p><p>　　由上式可知，輸出電壓UO和輸入電壓成對數(shù)關(guān)系，但要注意：</p><p>　　輸出電壓的幅度不能超過0.7V。</p><p>　　可以把三極管換成其他U——A為指數(shù)關(guān)系的元件。</p><p>　　PN結(jié)受溫度影響較大。</p><p>　　2.3 運放性能對對數(shù)運放

62、的影響</p><p><b>　　理想運放的特性為：</b></p><p><b>　　Au為無窮大</b></p><p>　　輸入電阻Rid,Ric為無窮大</p><p>　　輸入偏值電流Ib1=Ib2=0</p><p>　　失調(diào)電壓Ui0，失調(diào)電流Iio及他們的

63、溫度dUio/dt,dIio/dt均為0。</p><p><b>　　KCMR為無窮大。</b></p><p>　　—3dB fH為無窮大。</p><p><b>　　輸出電阻Ro=0.</b></p><p><b>　　無干擾的噪聲。</b></p>&

64、lt;p>　　但實際運放電路并非如此，除了Au,Ri趨于為無窮大，Ro為趨于0外，它們產(chǎn)生的誤差可以忽略外，KCMR為有限值</p><p>　　dUio/dt,dIio/dt，Ui0 ，Iio，所以必將在電路中與有用信號混在一起，影響運放電路的精度。下面以KCMR為例闡述一下非理想狀況的運放電路：</p><p>　　以同相運放放大器為例：</p><p>

65、　　由圖可知：UP=UI，UN=UoR1/(R1+Rf)-</p><p><b>　　共模輸入電壓為：</b></p><p>　　Uic=(Up+UN)/2=Ui/2+Uo/2*(R1/(R1+Rf))(3-3)</p><p><b>　　差模輸入電壓為：</b></p><p>　　Uid=

66、Up—UN=Ui—Uo(R1/(r1+rf))-----(3-4)</p><p>　　運放電壓的總的輸出電壓為：</p><p>　　UO=Aud*Uid+AucUic------------------(3-6)</p><p>　　式中AUD為運放中的Auo.</p><p>　　Auf=uo/ui=(Aud+1/2Auc)/(1+Au

67、dR1/(R1+Rf</p><p>　　)—Au/2*R1/(R1+Rf))</p><p>　　=(1+Rf/R1)*(1+1/2KCMR)/(1+(R1+Rf)/R1/Aud----1/2KCMR)</p><p>　　由式可以看出AUD和KCMR越大，Auf就越接近1+RF/R1。反之，</p><p>　　誤差就越大，同理，模擬對數(shù)

68、運放電路也應(yīng)如此。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　在運算電路中，對數(shù)電路的輸出與輸入之間是非線性關(guān)系，但運放本身工作在線性區(qū)。由于實際運放的參數(shù)是非理想的，Avo、ri、KCMR都是有限值，r。、VIO、IIO、?VIO/?T及?IIO/?T等并不為零，這些都將給運算電路的輸出帶來誤差，但只要合理選擇運放和電路元件，可使誤差減至最小。

69、</p><p>　　最后感謝李紅益老師在我寫論文這段時間，對我的指導(dǎo)，萬分感謝。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　【1】王軍： 《模擬電路》，工業(yè)出版社 ，2000年第4版，第100頁。</p><p>　　【2】張名： 《電子元件》，電子工業(yè)出版社， 2003年第2版 ，第122