運(yùn)算放大器工作原理與選擇

　　1． 模擬運(yùn)放的分類及特點(diǎn)

　　模擬運(yùn)算放大器從誕生至今，已有40多年的歷史了。最早的工藝是采用硅NPN工藝，后來改進(jìn)為硅NPN-PNP工藝（后面稱為標(biāo)準(zhǔn)硅工藝）。在結(jié)型場效應(yīng)管技術(shù)成熟后，又進(jìn)一步的加入了結(jié)型場效應(yīng)管工藝。當(dāng)MOS管技術(shù)成熟后，特別是CMOS技術(shù)成熟后，模擬運(yùn)算放大器有了質(zhì)的飛躍，一方面解決了低功耗的問題，另一方面通過混合模擬與數(shù)字電路技術(shù)，解決了直流小信號直接處理的難題。

　　經(jīng)過多年的發(fā)展，模擬運(yùn)算放大器技術(shù)已經(jīng)很成熟，性能曰臻完善，品種極多。這使得初學(xué)者選用時(shí)不知如何是好。為了便于初學(xué)者選用，本文對集成模擬運(yùn)算放大器采用工藝分類法和功能/性能分類分類法等兩種分類方法，便于讀者理解，可能與通常的分類方法有所不同。

　　1．1．根據(jù)制造工藝分類

　　根據(jù)制造工藝，目前在使用中的集成模擬運(yùn)算放大器可以分為標(biāo)準(zhǔn)硅工藝運(yùn)算放大器、在標(biāo)準(zhǔn)硅工藝中加入了結(jié)型場效應(yīng)管工藝的運(yùn)算放大器、在標(biāo)準(zhǔn)硅工藝中加入了MOS工藝的運(yùn)算放大器。按照工藝分類，是為了便于初學(xué)者了解加工工藝對集成模擬運(yùn)算放大器性能的影響，快速掌握運(yùn)放的特點(diǎn)。

　　標(biāo)準(zhǔn)硅工藝的集成模擬運(yùn)算放大器的特點(diǎn)是開環(huán)輸入阻抗低，輸入噪聲低、增益稍低、成本低，精度不太高，功耗較高。這是由于標(biāo)準(zhǔn)硅工藝的集成模擬運(yùn)算放大器內(nèi)部全部采用NPN-PNP管，它們是電流型器件，輸入阻抗低，輸入噪聲低、增益低、功耗高的特點(diǎn)，即使輸入級采用多種技術(shù)改進(jìn)，在兼顧起啊挺能的前提下仍然無法擺脫輸入阻抗低的問題，典型開環(huán)輸入阻抗在1M歐姆數(shù)量級。為了顧及頻率特性，中間增益級不能過多，使得總增益偏小，一般在80~110dB之間。標(biāo)準(zhǔn)硅工藝可以結(jié)合激光修正技術(shù)，使集成模擬運(yùn)算放大器的精度大大提高，溫度漂移指標(biāo)目前可以達(dá)到0.15ppm。通過變更標(biāo)準(zhǔn)硅工藝，可以設(shè)計(jì)出通用運(yùn)放和高速運(yùn)放。典型代表是LM324。

　　在標(biāo)準(zhǔn)硅工藝中加入了結(jié)型場效應(yīng)管工藝的運(yùn)算放大器主要是將標(biāo)準(zhǔn)硅工藝的集成模擬運(yùn)算放大器的輸入級改進(jìn)為結(jié)型場效應(yīng)管，大大提高運(yùn)放的開環(huán)輸入阻抗，順帶提高通用運(yùn)放的轉(zhuǎn)換速度，其它與標(biāo)準(zhǔn)硅工藝的集成模擬運(yùn)算放大器類似。典型開環(huán)輸入阻抗在1000M歐姆數(shù)量級。典型代表是TL084。