電子報/2023年/2月/26日/第013版
資料（開發）
運算放大器的特殊用法
四川青化
一、擴大輸出電流
運放的輸出電流通常只有10～20ma，如果需要更大的輸出電流，一般是在運放後追加一級電晶體放大。這裡介紹用廉價的四運放lm324來擴大輸出電流，電路見圖1。運放a1為緩衝級，a2～a4用來擴大輸出電流，a1輸出電流為i01、輸出電阻為r01，則
v drop＝i01×r01
取i01＝10ma、r01＝51ω，v drop＝10×51＝510mv。
a1的輸出接至a2的同相輸入端，a2的輸出與a2的反相輸入端相連，故a2的增益為1，其輸出電阻r02兩端電壓也是v drop。a2的輸出電流i02＝v drop／r02，由於r01＝r02，故i01＝i02，即運放a1與a2的輸出電流相等。
同理，運放a3、a4的輸出電流也和a1、a2的輸出電流相等，結果在負載電阻r l上獲得了四倍於單個運放的電流。當然由於消耗功率增大，運放的發熱量將增加，需要為運放安裝合適的散熱器。
當輸入級需要用fet輸入的運放（如lf356）時，由於這類運放在溫度公升高時，其輸入偏置電流會增大，故不宜輸出較大的電流。這時可在其後加一級ttl輸入的運放（如741），電路如圖2。這樣輸出電流幾乎完全由741提供，流過lf356的電流很小，相應溫公升也低，不會引起輸入偏置電流的增大。
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二、正確的限幅電路
由於介面的原因，有時需要限制輸出電壓的幅度，這就需要用到限幅電路。
1.使用穩壓二極體限幅
電路如圖3，r為穩壓二極體的限流電阻。圖3a、b的輸出電壓v o被限制在穩壓二極體的穩定電壓v z加上穩壓二極體的正向電壓v f之和。如穩壓二極體選6.2v，則最大輸出電壓
v o（max）＝v z＋v f＝6.2＋0.6＝6.8v
圖3a的輸出阻抗由電阻r確定，但在圖3b中，由於電阻r在反饋環之內，故輸出阻抗非常低，成為常用的限幅電路。
圖4給出了另外三種限幅電路，由於採用了5.1v的穩壓管，故限幅範圍為5.1＋0.6＝5.7v。圖5是高速應用的限幅電路，給穩壓二極體加上偏置電壓而實現高速化。
2.效能更好的限幅電路
以上介紹的限幅電路因為電路簡單，故精度不高。
圖6電路用運放來代替穩壓二極體，因而在低速時的限幅效能優良。
圖6a為上限幅電路，在輸入電壓v n比v h（ln）低時，二極體d1截止，運放a2的輸出v out ＝v n；當v n高於v h（ln）時，d1導通，a2成為同相電路、結果是v out＝v h（ln），輸出電壓被限制為v h（ln）。
圖6b為下限幅電路，與圖6a相反，當v n＜v l（ln）時，d2導通，v out被限制為v l（ln）。圖
7為上、下限電壓，可分別用10kω電位器自由調整限幅電路，虛線連線的電容是防振電容。
3.使用高速運放的限幅電路
圖8是用高速運放ad8036a的限幅電路，⑧腳接上限電壓輸入，⑤腳接下限電壓輸入，運
放同相端輸入電壓與上限或下限電壓之差應在6.3v以內。ad8036a的轉換速率為1200v／μs，
頻寬為240mhz，鉗位精度達3mv，失真很小。適用於絕對值電路或調幅電路。
三、絕緣放大器
絕緣放大器適用於有大的共模電壓的系統。雖然已有專用的絕緣放大器ic，但採用廉價的光耦合器與運放配合，也是構成絕緣放大器的常用方法。
1.用光耦合器的絕緣放大器的基本電路
圖9是光耦合器**r201的結構，由乙個發光二極體led和一對光電二極體pd1、pd2組成。
圖10是絕緣放大器的基本電路，運放a1的反相輸入端連線光電二極體pd1，輸出端連線發光二極體led；流過pdi的電流i pd1＝v n／r1，**r201的電流傳輸比為0.48%，故流過led的電流i led＝i pd1／0.48%；運放a2的反相輸入端連線pd2， a2的輸出電壓v out＝i pd2×r2；由於pd1與pd2特性一致，故有i pd1＝i pd2，若選擇r1＝r2，則有v out＝i pd1×r1＝（v n／r1）r1＝v n，即輸入電壓與輸出電壓相等，起到了隔離傳輸訊號的作用。
2.使用光耦合器的絕緣電源
絕緣放大器工作當然需要絕緣電源，通常利用dc－dc轉換器，但這裡介紹用光耦合器的絕
緣電源。
圖11是光耦合器tlp590b的內部結構，在輸入（led）50ma時，可獲得200μa輸出電流；當負荷電阻為20kω時，200μa×20kω＝4v，即利用tlp590b輸入50ma電流，可獲得乙個4v、0.2ma的隔離電源。
圖12的絕緣放大器可工作於數十千赫茲頻率範圍，使用兩個tlp590b作絕緣電源，以增大輸出電流；zd1為2.5v基準電壓整合塊lm358，將tlp590b的輸出電壓穩定為2.5v。
圖12中的輸出電晶體tr1也可省去，如圖13。
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