适读人群 ：相关领域工程技术人员以及大学相关专业本科生、研究生，广大的爱好者

面向实际需要，理论联系实际，列举大量实用性、技术性强的电路，使读者从原理到应用，对OP放大器有个系统的了解，以便能够应付电路中可能出现的更加复杂的情况和故障。

作者:(日)冈村迪夫 著；王玲等

《OP放大电路设计》是“实用电子电路设计丛书”之一。《OP放大电路设计》内容分基础部分（1-5章）和应用部分（6-9章）。前者主要介绍OP放大器的零点、漂移及噪声，增益与相位，相位补偿及技巧。OP放大器的选择和系统没计；后者则主要介绍OP放大器作为反相放大器、正相放大器、差动放大器的应用，OP放大器在恒压、恒流电路和微分、积分电路中的应用以及基于非线性元件的应用，比较放大器中的应用，等等。

《OP放大电路设计》面向实际需要，理论联系实际，列举大量实用性、技术性强的电路。使读者从原理到应用。对OP放大器有个系统的了解，以便能够应付电路中可能出现的更加复杂的情况和故障。

第1章 OP放大器

1.1 OP放大器的运转

1.2 四种基本的使用方法

1.3 OP放大器的理想状态

1.4 非理想的OP放大器的使用方法

第2章 零点、漂移及噪声

2.1 关于偏置

2.2 零点稳定性的提高方法

2.3 消除偏置

2.4 自动零点调节

2.5 OP放大器的噪声

第3章 避免变成振荡器

3.1 振荡的识别方法

3.2 增益和相位

3.3 OP放大器的内部

3.4 OP放大器以外的要素

第4章 宽带化、高速化

4.1 决定上升的要素

4.2 有效的带宽和相位补偿

4.3 三种基本的相位补偿

4.4 相位补偿的技巧

第5章 零件、封装、系统化的技术

5.1 选择OP放大器的方法

5.2 固定电阻的选择

5.3 其他外接元件

5.4 OP放大器和系统设计

5.5 封装技术

第6章 作为反相放大器的应用

6.1 简单的反相放大器

6.2 电压信号与电流信号的转换

6.3 应用技术

6.4 功率增强器的研究

第7章 作为正相放大器的应用

7.1 简单的正相放大器

7.2 自举的技术

7.3 正相放大器的应用

7.4 保护的方法

第8章 作为差动放大器的应用

8.1 为什么要使用差动放大器

8.2 发挥差动放大器的特性

8.3 增大CMR使用的方法

8.4 差动输出的放大电路

第9章 在恒压、恒流电路中的应用

9.1 为OP放大器的电源

9.2 基于OP放大器的恒压源

9.3 扩大可能性

9.4 基于OP放大器的恒流电路

9.5 各种各样的电源电路

第10章 微分电路、积分电路中的应用

10.1 微分电路、积分电路的要点

10.2 使用交流耦合

10.3 有源滤波器与应用电路

10.4 微分、积分的应用电路

10.5 V/F转换器，C/F转换器

第11章 基于非线性元件的应用

11.1 受电压影响内部电阻发生变化的元件

11.2 函数发生器

11.3 合成二极管

11.4 峰值检测，采样与保持

11.5 二极管，晶体管的混用

第12章 比较放大器中的应用

12.1 比较放大器的基本技术

12.2 阈值与迟滞现象

12.3 错误工作的原因与对策

12.4 比较放大器的应用电路

第13章 振荡器，定时电路中的应用

13.1 方波振荡器

13.2 各种波形

13.3 正弦波振荡器

13.4 定时电路

第14章 OP放大器与开关的结合

14.1 开关可以起到何种作用

14.2 开关的选择与启动操作

14.3 改善开关特性的方法

14.4 开关与OP放大器的应用电路

参考文献

后记

第1章 OP放大器

1.1 OP放大器的运转

1.1.1 模拟电路与实验技术

即使在利用计算机模拟电路并确认其工作的技术已经普及的今天，将OP放大器付诸于应用的好方法还是自己动于试一试。要操作实际的电路，有必要了解各种规则及一些基本的技术。如果对后面出现的每种电路都要说明一遍前提条件，效率就会很低。因此，本章首先讲一讲OP放大器的一些基本知识。

要想了解OP放大器是什么、起什么作用，建议你自己制作一个图1.1那样的电路，试着使其工作。即使在使用计算机、全部运行都可以依靠模拟装置完成试验工作的情况下，也要自己实际动手试一试，否则就不能很好地与实际情况相结合。

最初的实验电路如图1.1所示，但是实际电路要像图1.2那样制作。将两个图相比较就会发现，虽然是同一个电路，但实际上却有很大的不同，甚至看起来认为不是同一个电路。

图1.1 最初的实验电路

图1.1那样的画法便于对电路概念的理解。但是，由于许多条件没有标出，实际制作时会经常发生问题。例如，图1.1没有标出OP放大器的电源，即使是这样简单的电路，也会有很多种错误；或者实验时不接电源，或者没有按照电源标注的+V和-V连接，只将一个15V的电池接在+V和-V上，造成电路不能正常运行等等。

图1.2 由原理图到实际的电路

图1.2标注了实际装配时的情况，主要有：

①电源线接入旁路电容C1、C2。

②在OP放大器上安装所指定的相位补偿元件，这里是C3。

③旁路电容和相位补偿元件的配线越短越好。

④接地如图所示集中在一点。

电源如图1.2所示连接+15V和-15V。所使用的OP放大器本身不带保护电路，例如老的709C或者新的高速OP放大器等，如果单方面长时间接入电源，OP放大器往往就会被损坏，因此正负电源要同时开关。虽说是“同时”，但肯定会有误差，如果误差在1秒以下就没什么问题。虽说是一些理论问题，但还是让我们事先检验一下为什么需要上述四项条件。

首先，使用的电源的频率特性也包括配线的影响，在OP放大器必需的全频率范围内不能过低。其次，要使OP放大器接近下面所述的理想OP放大器那样工作，就必须有“相位补偿”。因为这部分是左右OP放大器的速度和稳定性的重要因素，后面第3章将用一章的篇幅详细讲述。

进行相位补偿需要在OP放大器外部安装元件。如图1.3所举之例，不同的OP放大器，指定了不同的作法。图1.3(a)是安装多个元件的类型，即使是在709等初期的OP放大器，新的高速OP放大器中也能见到这种类型。图1.3(b)是301A等那样的只需一个电容就可以解决的类型，是外装相位补偿中最普通的方式。图1.3(c)是741之类内嵌相位补偿的类型，外部不用安装任何东西就完成了，所以广泛普及。但是，一旦想增减相位补偿，就不能用普通的办法调整，所以多用于对响应速度等极限性能没有要求的情况。

图1.3 各种OP放大器和相位补偿

图1.1没有标出OP放大器的名称，这就是说要使用性能相当好的放大器。与之相比，图1.2确定了使用301A。决定了具体使用的OP放大器，也就决定了需要什么方式的相位补偿。这里使用的OP放大器不是301A也没有关系，只不过应尽量选择外装相位补偿的放大器。可以有意识地将相位补偿取掉，让其振动，体验当时电路的工作状况。

1.1.2 输入和输出的关系

在图1.2的输出端口C-D之间按照图中的极性连接电压表。不论是万用表还是数字电压表，只要有10V的量程就行。接入电源，看着M的指示，同时慢慢转动VR。如果从0开始逐渐平稳变化到约10V，就是正常的。如果输出电压不能明显地下降到0V和上升到10V，那么就将电压表的正极与A连接，移到A-B之间，利用VR查看是否在0~10V之间变化。如果该电路的输入完全为0，那么此时输出的误差应该在10mV以内。

如果电路正常工作的话，就可采集数据。首先将电压表连接在A-B之间，调节VR使电压表显示正好为2V。然后，将电压表移至C-D之间，尽量准确地读取输出电压。以下用同样的方法使A-B之间的电压以2V的间隔变到10V，读取对应的输出电压。利用这些数据，以C-D之间的电压即输出电压Vo为纵轴，A-B之间的电压即输入电压Vs为横轴制作图表。不要考虑“一定呈比例”等等，请认真地去做。

数据整理完后，实验就完成了。但还要确认以下的事项，即“以后还能再次进行同样的实验、取得同样的数据吗?”用专业的说法，称这为实验的“再现性”。实验的再现性越好，稳定性越高。不能再现的实验和没有做试验是一样的。为了确保实验的再现性，记录实验的数据表应完整地记录实验的日期和时间、使用过的装置和元件、电源电压、室温以及进行实验的人的名字。这虽说简单，却是基本的工作，从一开始就养成严谨的工作习惯是很重要的。预先做好这样的准备工作，在以后的工作中会不止一次地发挥作用。

连接同一电压表来测量输入电压和输出电压是有原因的。如果使用两个不同的表就会出现误差，把它标绘出来的图表应类似图1.4，零点在图中几乎看不见，完全为零。与输入10V对应的输出或许也不是-10V，这可能是因为Rs和Rf的电阻值不正确。

那么，2~8V的测量值如何呢?实际上，该电路本身的非线性(即与直线的误差在0.01%以下)是非常好的。因此，如果电路正常工作，图中显示点的离散偏差显示出电压表和电压设定用的VR、电源以及进行实验的人的稳定性。

图1.4 实验电路的输入输出特性

如果有三角波或正弦波发生器，将其设定为400Hz~1kHz，加入A-B之间，用示波器观测输入输出，就可以很简便地完成除人的稳定性以外部分的测定。此时，在使用双踪示波器观测A-B和C-D之间的电压之前，应将双踪示波器的两个探头连接在同一个位置，将两个波道的波形调整成完全重合。

请想一想为什么要说这些已经规定了的事情、建议大家试验呢?因为，对于信号、噪声之类的实验或者模拟电路的研究，实验是非常重要的。如果不确实做好这些，好不容易取得的实验数据就不能在后面的步骤中使用。“准确测定和再现性好的实验”是下面所要叙述一切的开始。

1.1.3 虚拟短路

先让我们利用这个实验电路，看一看OP放大器最重要的性质。在这里，输入电压和输出电压的关系是：输入为10V时，输出为-10V；输入如果是8V，则输出为-8V，输出电压始终与输入电压的绝对值相同而符号相反。因此，用电压表或示波器测量一下图1.5的点和地线之间的电压。虽然输入电压变化时输出电压也随之变化，但点的电压一直是零。

图1.5 虚拟短路的发生

如果略加思索，由于OP放大器的输入阻抗高、Ri大，所以当输入电压变大时，点的电压也随之上升。由于无论Vs如何增加，点的电压都不变，甚至让人误以为坏掉了而将IC换掉，但结果是“正常工作的OP放大器点处电压始终为零”。这是在理解OP放大器工作的基础上最有用的一点，下面还要再详细地研究。

在图1.5中，+10V的输入电压Vs通过Rs加到图中标有“—”的反转输入端口上，输出就会出现与此相反极性的电压。理想的OP放大器的放大倍数被定为无限大，实际中也有数万倍，所以输出电压Vo通过Rf将点的电压拉低，其结果基本上都降到0V。在图例中，Rs和Rf都是10kΩ，所以Vs如果是10V，Vo就应该是-10V。如果Vs下降到8V以下，Vo还是-10V的话，那么点的电压就向负方向摆动，即而Vo也马上变动，为-8，保持平衡。

设OP放大器的输入电阻为无限大，放大倍数也为理想的无限大，那么使用电阻Rs和Rf就可以很简单地导出OP放大器上附加负反馈(negative-feedback)状态下的放大倍数。因为点处电压为0，所以信号源电压Vs和流过Rs的信号电流Is具有如下关系：

由于OP放大器的输入电阻为无限大，所以Is没有进入OP放大器，而全部流入。因为先前输出电压已经为Vo，所以。

因为放大倍数是输入和输出之比，所以由上述二式求Vo/Vs，就可得到反馈状态下的放大倍数ANF，即。

由于输出电压与输入电压的极性相反，而且为Rf/Rs倍，所以这个电路构成被称为反相放大器(inverting amplifier)。由于此前实验使用的电路，Rs和Rf都是10kΩ，所以ANF=-1。Vo始终与Vs绝对值相同，符号相反。

Rs、Rf和放大倍数的关系，用图1.6的长棒和支点来模拟则容易理解。由支撑的一根棒，左侧和右侧分别相当于Rs与Rf的长度。如果在棒的左端往下压相当于输入电压Vs的程度，那么棒的右端就应该只上升。这和前面式(1.3)表示的关系相同。

图1.6 反相放大器与输入输出的关系

让我们来看看棒和支点的情况。要使上述关系成立，棒和支点都必须保持不变。如果Vs增大，棒的左端往下压时，点就下降。那么Vs和Vo的关系就不是计算的那样。此外，棒离开支点、弯曲、接触到底部或顶部，前面的等式也不能成立。

使用OP放大器时也会发生与此类似的现象。支点是否在棒上，根据点的电压(一般而言是反相、正相输入端口间的电压)是否为0就可以判断。当棒接触到底部或顶部时，OP放大器的输出超过界限。例如，电源为+15V，输出为20V时，点仍然还出现电压。

在OP放大器正常工作的范围内，无论输入电压怎样变化，点都没有电压。准确地讲，点只出现用OP放大器的放大倍数除以输出电压值的电压。实验的OP放大器，设输出为10V，放大倍数为50000，则点电压值为0.2mV，一般来讲这个值可以忽略。

因此，点对地线，准确地说是对正相输入端而言，和短路是相同的。和真正的短路不同的是，电压始终保持为零，而且没有电流流过地线。这种状态称为虚拟短路(virtual short)。如果给OP放大器加上反馈，那么这种虚拟短路会在许多地方发生。从这点着手，几乎所有的OP放大器电路的工作都能够解释了。下面举一些例子。

请求出从图1.1中的Vs看进去的OP放大器的输入阻抗。无论Is的大小如何，点的电压始终都是零，因此阻抗为零，所以答案是。