運算放大器中比例積分器分析

費春玲

慈溪杭州灣中等職業(yè)學校，浙江寧波 315300

0 引言

比例積分器作為低通型濾波器，通常接于壓控振蕩器和鑒相器之間，用以改善鎖相環(huán)路的性能。早期比例積分器是一個無源的RC低通網絡，或由分立有源器件搭成的有源比例積分器。受器件限制，這些電路的性能均不理想。自60年代運算放大器問世后，大大促進了有源濾波器的發(fā)展。隨著運放性能的日臻完善，由運放構成的各類模擬電子線路的性能幾乎達到了巔峰。在許多應用場所，采用理想化運放模型進行電路分析。其結果與實際電路性能相當吻合。這就使得包括比例積分器在內由運放構成的模擬電路的分析更加簡捷方便。

1 典型比例積分器

典型比例積分器如圖1所示。它由一個運算放大器、三只電阻器和一只電容器構成，是一個負反饋組態(tài)的一階低通濾波器。圖中RP為直流平衡電阻，對交流不起作用。

圖1 典型比例積分器

由圖1可寫出比例積分器的傳遞函數(shù)為：

式中，s=σ+jω為一復數(shù)頻率（σ為大于零的實數(shù)）。

從（1）式可以看出，右端第一項(R f Ri)為比例運算項；由于1s 表示理想積分運算，因此第二項(1 sRiC)表示積分運算項。且當s→∞時，，比例積分器退化為比例運算器，想必這就是比例積分器名稱的由來。

現(xiàn)將式（1）右端分式的分子和分母同時除以fR C,得：

在式（2）中以ωj代替s，得實頻下比例積分器的頻率特性為：

式（7）的結果也可由式（1）以jω代替s求函。函數(shù)的幅頻和相頻特性分別示于圖2-（b）和2-（c）。從圖2 可以看出：

1）當s→0時，H（s）→∞,為傳遞函數(shù)的極點，它表明比例積分器對直流分量具有極高的放大量。而零頻鄰近，，表明這種類型的比例積分器具有相位趨前特性；

圖（1）所示的典型比例積分電路，在實際應用時，為了防止放大器直流過載，最好在fR和C的兩端并聯(lián)一只阻值較大的電阻，用以限制直流增加。

2 結論

比例積分器作為模擬鎖相環(huán)路不可缺少的功能電路，即使在廣泛采用數(shù)字合成信號的今天，而可以獲得高相噪性能的模擬鎖相技術及構成鎖相環(huán)路的各種功能模擬電路仍然是值得專業(yè)技術人員熟悉和掌握的。

[1]吳大正主編.信號與線性網絡分析.西安電子科技大學.

[2]吳炳申，等編.模擬電路基礎.北京理工大學.