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干貨|運算放大器的相關知識

2019-06-06 11:04 來源:互聯網 編輯:Emma

簡介

在實際電路中,通常結合反饋網絡共同組成某種功能模塊。它是一種帶有特殊耦合電路及反饋的放大器。其輸出信號可以是輸入信號加、減或微分、積分等數學運算的結果。運算放大器是具有很高放大倍數的電路單元。由于早期應用于模擬計算機中,用以實現數學運算,故得名“運算放大器”。運放是一個從功能的角度命名的電路單元,可以由分立的器件實現,也可以實現在半導體芯片當中。隨著半導體技術的發展,大部分的運放是以單芯片的形式存在。運放的種類繁多,廣泛應用于電子行業當中。

發展史

使用真空管設計的放大器大約在1930年前后完成,這個放大器可以執行加與減的工作。

運算放大器早被設計出來的目的是將電壓類比成數字,用來進行加、減、乘、除的運算,同時也成為實現模擬計算機(analog computer)的基本建構方塊。然而,理想運算放大器的在電路系統設計上的用途卻遠超過加減乘除的計算。現在的運算放大器,無論是使用晶體管(transistor)或真空管(vacuum tube)、分立式(discrete)元件或集成電路(integrated circuits)元件,運算放大器的效能都已經逐漸接近理想運算放大器的要求。早期的運算放大器是使用真空管設計,當前則多半是集成電路式的元件。但是如果系統對于放大器的需求超出集成電路放大器的需求時,常常會利用分立式元件來實現這些特殊規格的運算放大器。

1960年代晚期,仙童半導體(Fairchild Semiconductor)推出了被廣泛使用的集成電路運算放大器,型號為μA709,設計者則是鮑伯·韋勒(Bob Widlar)。但是709很快地被隨后而來的新產品μA741取代,741有著更好的性能,更為穩定,也更容易使用。741運算放大器成了微電子工業發展歷史上的象征,歷經了數十年的演進仍然沒有被取代,很多集成電路的制造商至今仍然在生產741。直到現在μA741仍然是各大學電子工程系中講解運放原理的典型教材。

分類

按照集成運算放大器的參數來分,集成運算放大器可分為如下幾類。

通用型

通用型運算放大器是以通用為目的而設計的。這類器件的主要特點是價格低廉、產品量大面廣,其性能指標能適合于一般性使用。例μA741(單運放)、LM358(雙運放)、LM324(四運放)及以場效應管為輸入級的LF356都屬于此種。它們是目前應用廣泛的集成運算放大器。

高阻型

這類集成運算放大器的特點是差模輸入阻抗非常高,輸入偏置電流非常小,一般rid>1GΩ~1TΩ,IB為幾皮安到幾十皮安。實現這些指標的主要措施是利用場效應管高輸入阻抗的特點,用場效應管組成運算放大器的差分輸入級。用FET作輸入級,不僅輸入阻抗高,輸入偏置電流低,而且具有高速、寬帶和低噪聲等優點,但輸入失調電壓較大。常見的集成器件有LF355、LF347(四運放)及更高輸入阻抗的CA3130、CA3140等。

低溫漂型

在精密儀器、弱信號檢測等自動控制儀表中,總是希望運算放大器的失調電壓要小且不隨溫度的變化而變化。低溫漂型運算放大器是為此而設計的。當前常用的高精度、低溫漂運算放大器有OP07、OP27、AD508及由MOSFET組成的斬波穩零型低漂移器件ICL7650等。

高速型

在快速A/D和D/A轉換器、視頻放大器中,要求集成運算放大器的轉換速率SR一定要高,單位增益帶寬BWG一定要足夠大,像通用型集成運放是不能適合于高速應用的場合的。高速型運算放大器主要特點是具有高的轉換速率和寬的頻率響應。常見的運放有LM318、μA715等,其SR=50~70V/us,BWG>20MHz。

低功耗型

由于電子電路集成化的優點是能使復雜電路小型輕便,所以隨著便攜式儀器應用范圍的擴大,必須使用低電源電壓供電、低功率消耗的運算放大器相適用。常用的運算放大器有TL-022C、TL-060C等,其工作電壓為±2V~±18V,消耗電流為50~250μA。目前有的產品功耗已達μW級。

高壓大功率型

運算放大器的輸出電壓主要受供電電源的限制。在普通的運算放大器中,輸出電壓的最大值一般僅幾十伏,輸出電流僅幾十毫安。若要提高輸出電壓或增大輸出電流,集成運放外部必須要加輔助電路。高壓大電流集成運算放大器外部不需附加任何電路,即可輸出高電壓和大電流。

可編程控制型

在儀器儀表得使用過程中都會涉及到量程得問題.為了得到固定電壓得輸出,必須改變運算放大器得放大倍數.例如:有一運算放大器得放大倍數為10倍,輸入信號為1mv時,輸出電壓為10mv,當輸入電壓為0.1mv時,輸出只有1mv,為了得到10mv必須改變放大倍數為100。程控運放是為了解決這一問題而產生的。

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