運放基礎(chǔ)知識,Op-Amp description

淺談運放

運放是集成運算放大器的簡稱，它是由十幾只乃至近百只晶體管和其他阻容元件構(gòu)成的，并帶有深度負(fù)反饋的直接耦合放大器，其內(nèi)部電路可由圖1的方框圖表示。40年前第一只運放μA702問世以來．運放已經(jīng)歷了4代。第1代運放只是簡單地將分立元件完成的功能用集成方法來制作，效果并不比分立元件好多少，只是體積大大縮小。第2代運放開始采用有源負(fù)載，其開環(huán)增益最高可達(dá)105dB。第3代運放以超β管作為差分輸入管，在失調(diào)電壓、失調(diào)電流、開環(huán)增益、共模抑制比、溫漂等方面都有所提高。第4代運放則是使用大規(guī)模集成電路方式，將雙極型管和場效應(yīng)管集成在同一硅片上，使輸入阻抗、失調(diào)電壓、噪聲系數(shù)、溫漂等指標(biāo)得到進(jìn)一步改善。現(xiàn)在運放正朝著高速、高壓、低功耗，低噪聲，高穩(wěn)定、大功率方向發(fā)展。

運放的特點及其類別：

1．通用型 這類運放無特殊要求，常在普通電路中使用，價格也很低廉，比如μA741、LM324等。

2．微偏流(高阻)型 這類運放的輸入阻抗極高，常以場效應(yīng)管作為輸入級，其輸入偏流低到pA(10-12pA)級，比如AD549、OPAl28等。

3．低功耗型 這類運放自身功耗極低，常以電池供電，其靜態(tài)耗電有的僅為20μA，比如OP90G、LP324等。

4．高精度型 這類運放的失調(diào)電壓及溫漂極小，具有很高的穩(wěn)定性．對頻率特性要求不高，主要用于電子儀器中，比如OP07、OP177等。

5．低噪聲型 這類運放的特點是噪聲電壓密度極低，已低至0．85nV／1kHz．主要用于高級音響的前置級，比如AD829、LT1028就屬這類運放。

6．高速型 這類運放主要用在高頻高帶寬的電子設(shè)備中，通常采用電流負(fù)反饋方式，它的轉(zhuǎn)換速率很高，可達(dá)2000V／μs以上。比如LM318、EL2030C、AD8001A就屬這一類運放。

7．電流型 這類運放輸出電流大，常用在音頻功放及電機(jī)驅(qū)動電路中，比如TDA2007、LMl875、OPA541等。就OPA541來說，它輸出的最大電流可達(dá)10A，輸出功率達(dá)125W。

除此以外還有高壓型、程控型、跨導(dǎo)型等等，在此不一一介紹。不論哪種運放，它的電路符號均如圖2所示，其中圖2(a)為正、負(fù)雙電源供電，圖2(b)為單電源供電，其封裝有金屬封裝(B-3型即禮帽式，大功率三極管TO-3型)和塑料封裝(扁平封裝、雙列直插封裝、單列直插封裝)兩種形式，其引腳通常為8腳、9腳，14腳、16腳等幾種。根據(jù)集成電路封裝所包含的運放單元數(shù)量，可分為單運放，如TL081，LM318、NE5539等見圖3(a)(指塑封類型，下同)；雙運放如TL082、LMl58、NE5532、μPC4072／4等見圖3(b)(c)；四運放如LM324、TL084、LF347等見圖3(d)。

無論哪種運放都有兩個輸入端，即同相輸入端V+，反相輸入端V-，一個輸出端Uo。它的基本特性：當(dāng)從同相端輸入信號時．其輸出與輸入端信號同相位，即同相放大；當(dāng)從反相端輸入信號時，其輸出與輸入端信號相位相反，即反相放大。當(dāng)從同相輸入端和反相輸入端同時注入不同信號時，輸出端輸出的信號是它們的代數(shù)和，即差動放大。當(dāng)同相輸入端和反相輸入端同時輸入同一信號時，輸出端無信號，這是因為正、反相放大器放大后的信號由于相位相反，剛好抵消。

運放的主要參數(shù)有：工作電壓、靜態(tài)工作電流，信噪比、電壓最大增益、功耗、輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流、輸入阻抗、輸出阻抗、增益帶寬積及轉(zhuǎn)換速率等.下面僅解釋一下什么是增益帶寬積與轉(zhuǎn)換速率。所謂增益帶寬積是指運放開環(huán)電壓放大倍數(shù)A=1時，帶寬與放大倍數(shù)的乘積。對應(yīng)的帶寬頻率用fc表示(因工作頻率升高，運放的放大倍數(shù)降低)，一般通用型可達(dá)1MHz，寬帶高速運放可達(dá)100MHz以上。所謂轉(zhuǎn)換速率是指在額定負(fù)載條件下，當(dāng)輸入邊沿陡峭為大信號時，運放輸出電壓的變化與所用時間比值，即輸出電壓變化率，用SR表示。SR=U02-U01／t2-t1=△UO／△t，單位V／μs(伏／微秒)，見圖4，它是反映運放對輸入信號的反映速度。

運放作為一種通用電子器件，它的應(yīng)用很廣．比如在放大、振蕩、電壓比較，模擬運算、阻抗變換，有源濾波等電路中。但不管在哪種電路中應(yīng)用，均是基于運放的三種基本放大電路：即同相放大器、反相放大器、差動放大器。

圖5是運放構(gòu)成的加法器電路，它實際是運放構(gòu)成的反相放大器。U1、U2是兩個相加電壓，Uo則是電壓和， 當(dāng)R1=R2=R3時，放大倍數(shù)A=1，R4為平衡電阻，用以提供適當(dāng)偏流以防止放大器失調(diào)。

圖6是運放構(gòu)成的減法器電路，它是一種差動放大器，U1、U2是兩個待減的輸入電壓，Uo是它們的差，當(dāng)R1=R2=R3時，其放大倍數(shù)A=1，R4為平衡電阻。

圖7是運放構(gòu)成的比較器電路，它也是整動放大器的應(yīng)用，當(dāng)輸入電壓U1大于基準(zhǔn)電壓E時，它的輸出端將有電壓輸出，所以它常用于伺服或保護(hù)電路中。

圖8是運放構(gòu)成的阻抗變換器電路，它是運放構(gòu)成的同相放大器，放大倍數(shù)A=1的特例。它輸出電壓與輸入電壓相等、相位相同，但它卻有極高的輸入阻抗和較低輸出阻抗，故也將它稱為電壓跟隨器。

圖9是運放構(gòu)成的電壓放大器，其放大倍數(shù)由R2、R3共同決定，其中Cl是信號耦合電容，C2是高頻旁路電容，R1、R2為偏置電阻，R3為負(fù)反饋電阻。

圖10是運放構(gòu)成的正弦波振蕩器，R1、R2、C1、C2構(gòu)成正反饋電路，R3、R4、R5構(gòu)成負(fù)反饋電路，二極管D1、D2起穩(wěn)定振幅的作用。

圖11是運放構(gòu)成的二分頻電路，它實際是有源濾波器。在圖11中，ICl等構(gòu)成二階高通濾波器，IC2等構(gòu)成二階低通濾波器，它能將前置放大器送來的音頻信號分頻后，分別送入兩個功率放大器放大，然后分別推動高音和低音喇叭放音。

以上只是粗略介紹了運放的一些典型應(yīng)用，實際上的應(yīng)用還很多，在此不再一一舉例。