运算放大器.doc

1、运 放 如 上 图 有 两 个 输 入 端 a,b 和 一 个 输 出 端 o.也 称 为 倒 向 输 入 端 (反 相 输 入 端 ),非 倒向 输 入 端 (同 相 输 入 端 )和 输 出 端 .当 电 压 加 U-加 在 a 端 和 公 共 端 (公 共 端 是 电 压 的 零 位 ,它相 当 于 电 路 中 的 参 考 结 点 .)之 间 ,且 其 实 际 方 向 从 a 端 指 向 公 共 端 时 ,输 出 电 压 U 实 际方 向 则 自 公 共 端 指 向 o 端 ,即 两 者 的 方 向 正 好 相 反 .当 输 入 电 压 U+加 在 b 端 和 公 共 端之 间 ,U 与

2、 U+两 者 的 实 际 方 向 相 对 公 共 端 恰 好 相 同 .为 了 区 别 起 见 ,a 端 和 b 端 分 别 用“-“和 “+“号 标 出 ,但 不 要 将 它 们 误 认 为 电 压 参 考 方 向 的 正 负 极 性 .电 压 的 正 负 极 性 应 另 外标 出 或 用 箭 头 表 示 .反 转 放 大 器 和 非 反 转 放 大 器 如 下 图 ：一 般 可 将 运 放 简 单 地 视 为 ： 具 有 一 个 信 号 输 出 端 口 （ Out） 和 同 相 、 反 相 两 个 高 阻 抗输 入 端 的 高 增 益 直 接 耦 合 电 压 放 大 单 元 ， 因 此 可

3、 采 用 运 放 制 作 同 相 、 反 相 及 差 分 放 大 器。运 放 的 供 电 方 式 分 双 电 源 供 电 与 单 电 源 供 电 两 种 。 对 于 双 电 源 供 电 运 放 ， 其 输 出 可在 零 电 压 两 侧 变 化 ， 在 差 动 输 入 电 压 为 零 时 输 出 也 可 置 零 。 采 用 单 电 源 供 电 的 运 放 ， 输出 在 电 源 与 地 之 间 的 某 一 范 围 变 化 。运 放 的 输 入 电 位 通 常 要 求 高 于 负 电 源 某 一 数 值 ， 而 低 于 正 电 源 某 一 数 值 。 经 过 特 殊设 计 的 运 放 可 以 允 许

4、 输 入 电 位 在 从 负 电 源 到 正 电 源 的 整 个 区 间 变 化 ， 甚 至 稍 微 高 于 正 电源 或 稍 微 低 于 负 电 源 也 被 允 许 。 这 种 运 放 称 为 轨 到 轨 （ rail-to-rail） 输 入 运 算 放 大 器。运 算 放 大 器 的 输 出 信 号 与 两 个 输 入 端 的 信 号 电 压 差 成 正 比 ， 在 音 频 段 有 ： 输 出 电 压=A0（ E1-E2） ， 其 中 ， A0 是 运 放 的 低 频 开 环 增 益 （ 如 100dB， 即 100000 倍 ）， E1 是 同 相 端 的 输 入 信 号 电 压 ，

5、E2 是 反 相 端 的 输 入 信 号 电 压 。 编 辑 本 段 类 型按 照 集 成 运 算 放 大 器 的 参 数 来 分 ,集 成 运 算 放 大 器 可 分 为 如 下 几 类 。1 通 用 型 运 算 放 大 器通 用 型 运 算 放 大 器 就 是 以 通 用 为 目 的 而 设 计 的 。 这 类 器 件 的 主 要 特 点 是 价 格 低 廉 、产 品 量 大 面 广 ,其 性 能 指 标 能 适 合 于 一 般 性 使 用 。 例 A741（ 单 运 放 ） 、 LM358（ 双运 放 ） 、 LM324（ 四 运 放 ） 及 以 场 效 应 管 为 输 入 级 的 LF

6、356 都 属 于 此 种 。 它 们 是 目前 应 用 最 为 广 泛 的 集 成 运 算 放 大 器 。2 高 阻 型 运 算 放 大 器这 类 集 成 运 算 放 大 器 的 特 点 是 差 模 输 入 阻 抗 非 常 高 ,输 入 偏 置 电 流 非 常 小 ,一 般 rid 1G1T,IB 为 几 皮 安 到 几 十 皮 安 。 实 现 这 些 指 标 的 主 要 措 施 是 利 用 场 效 应 管 高 输入 阻 抗 的 特 点 ,用 场 效 应 管 组 成 运 算 放 大 器 的 差 分 输 入 级 。 用 FET 作 输 入 级 ,不 仅 输入 阻 抗 高 ,输 入 偏 置 电

7、流 低 ,而 且 具 有 高 速 、 宽 带 和 低 噪 声 等 优 点 ,但 输 入 失 调 电 压 较 大。 常 见 的 集 成 器 件 有 LF355、 LF347（ 四 运 放 ） 及 更 高 输 入 阻 抗 的 CA3130、 CA3140 等 。3 低 温 漂 型 运 算 放 大 器在 精 密 仪 器 、 弱 信 号 检 测 等 自 动 控 制 仪 表 中 ,总 是 希 望 运 算 放 大 器 的 失 调 电 压 要 小且 不 随 温 度 的 变 化 而 变 化 。 低 温 漂 型 运 算 放 大 器 就 是 为 此 而 设 计 的 。 目 前 常 用 的 高 精 度、 低 温 漂

8、 运 算 放 大 器 有 OP07、 OP27、 AD508 及 由 MOSFET 组 成 的 斩 波 稳 零 型 低漂 移 器 件 ICL7650 等 。4 高 速 型 运 算 放 大 器在 快 速 A/D 和 D/A 转 换 器 、 视 频 放 大 器 中 ,要 求 集 成 运 算 放 大 器 的 转 换 速 率 SR一 定 要 高 ,单 位 增 益 带 宽 BWG 一 定 要 足 够 大 ,像 通 用 型 集 成 运 放 是 不 能 适 合 于 高 速 应用 的 场 合 的 。 高 速 型 运 算 放 大 器 主 要 特 点 是 具 有 高 的 转 换 速 率 和 宽 的 频 率 响 应

9、 。 常 见 的运 放 有 LM318、 A715 等 ,其 SR=5070V/us,BWG 20MHz。5 低 功 耗 型 运 算 放 大 器由 于 电 子 电 路 集 成 化 的 最 大 优 点 是 能 使 复 杂 电 路 小 型 轻 便 ,所 以 随 着 便 携 式 仪 器应 用 范 围 的 扩 大 ,必 须 使 用 低 电 源 电 压 供 电 、 低 功 率 消 耗 的 运 算 放 大 器 相 适 用 。 常 用 的运 算 放 大 器 有 TL-022C、 TL-060C 等 ,其 工 作 电 压 为 2V18V,消 耗 电 流 为 50250A。 目 前 有 的 产 品 功 耗 已

10、达 W 级 ,例 如 ICL7600 的 供 电 电 源 为 1.5V,功 耗 为 10mW,可 采 用 单 节 电 池 供 电 。6 高 压 大 功 率 型 运 算 放 大 器运 算 放 大 器 的 输 出 电 压 主 要 受 供 电 电 源 的 限 制 。 在 普 通 的 运 算 放 大 器 中 ,输 出 电压 的 最 大 值 一 般 仅 几 十 伏 ,输 出 电 流 仅 几 十 毫 安 。 若 要 提 高 输 出 电 压 或 增 大 输 出 电 流 ,集 成 运 放 外 部 必 须 要 加 辅 助 电 路 。 高 压 大 电 流 集 成 运 算 放 大 器 外 部 不 需 附 加 任 何

11、 电 路 ,即 可 输 出 高 电 压 和 大 电 流 。 例 如 D41 集 成 运 放 的 电 源 电 压 可 达 150V,A791 集 成 运放 的 输 出 电 流 可 达 1A。7.可 编 程 控 制 运 算 放 大 器在 仪 器 仪 表 得 使 用 过 程 中 都 会 涉 及 到 量 程 得 问 题 .为 了 得 到 固 定 电 压 得 输 出 ,就 必须 改 变 运 算 放 大 器 得 放 大 倍 数 .例 如 :有 一 运 算 放 大 器 得 放 大 倍 数 为 10 倍 ,输 入 信 号 为1mv 时 ,输 出 电 压 为 10mv,当 输 入 电 压 为 0.1mv 时 ,

12、输 出 就 只 有 1mv,为 了 得 到 10mv就 必 须 改 变 放 大 倍 数 为 100.程 控 运 放 就 是 为 了 解 决 这 一 问 题 而 产 生 得 .例 如 PGA103A,通 过 控 制 1,2 脚 的 电 平 来 改 变 放 大 的 倍 数 . 编 辑 本 段 主 要 参 数1.共 模 输 入 电 阻 (RINCM)该 参 数 表 示 运 算 放 大 器 工 作 在 线 性 区 时 ， 输 入 共 模 电 压 范 围 与 该 范 围 内 偏 置 电 流 的变 化 量 之 比 。2.直 流 共 模 抑 制 (CMRDC)该 参 数 用 于 衡 量 运 算 放 大 器

13、对 作 用 在 两 个 输 入 端 的 相 同 直 流 信 号 的 抑 制 能 力 。3.交 流 共 模 抑 制 (CMRAC)CMRAC 用 于 衡 量 运 算 放 大 器 对 作 用 在 两 个 输 入 端 的 相 同 交 流 信 号 的 抑 制 能 力 ， 是差 模 开 环 增 益 除 以 共 模 开 环 增 益 的 函 数 。4.增 益 带 宽 积 (GBW)增 益 带 宽 积 AOL * 是 一 个 常 量 ， 定 义 在 开 环 增 益 随 频 率 变 化 的 特 性 曲 线 中 以-20dB/十 倍 频 程 滚 降 的 区 域 。5.输 入 偏 置 电 流 (IB)该 参 数 指

14、 运 算 放 大 器 工 作 在 线 性 区 时 流 入 输 入 端 的 平 均 电 流 。6.输 入 偏 置 电 流 温 漂 (TCIB)该 参 数 代 表 输 入 偏 置 电 流 在 温 度 变 化 时 产 生 的 变 化 量 。 TCIB 通 常 以 pA/C 为 单位 表 示 。7.输 入 失 调 电 流 (IOS)该 参 数 是 指 流 入 两 个 输 入 端 的 电 流 之 差 。8.输 入 失 调 电 流 温 漂 (TCIOS)该 参 数 代 表 输 入 失 调 电 流 在 温 度 变 化 时 产 生 的 变 化 量 。 TCIOS 通 常 以 pA/C 为单 位 表 示 。9.

15、差 模 输 入 电 阻 (RIN)该 参 数 表 示 输 入 电 压 的 变 化 量 与 相 应 的 输 入 电 流 变 化 量 之 比 ， 电 压 的 变 化 导 致 电 流的 变 化 。 在 一 个 输 入 端 测 量 时 ， 另 一 输 入 端 接 固 定 的 共 模 电 压 。 10.输 出 阻 抗 (ZO)该 参 数 是 指 运 算 放 大 器 工 作 在 线 性 区 时 ， 输 出 端 的 内 部 等 效 小 信 号 阻 抗 。11.输 出 电 压 摆 幅 (VO)该 参 数 是 指 输 出 信 号 不 发 生 箝 位 的 条 件 下 能 够 达 到 的 最 大 电 压 摆 幅 的

16、 峰 峰 值 ， VO 一 般 定 义 在 特 定 的 负 载 电 阻 和 电 源 电 压 下 。12.功 耗 (Pd)表 示 器 件 在 给 定 电 源 电 压 下 所 消 耗 的 静 态 功 率 ， Pd 通 常 定 义 在 空 载 情 况 下 。13.电 源 抑 制 比 (PSRR)该 参 数 用 来 衡 量 在 电 源 电 压 变 化 时 运 算 放 大 器 保 持 其 输 出 不 变 的 能 力 ， PSRR通 常 用 电 源 电 压 变 化 时 所 导 致 的 输 入 失 调 电 压 的 变 化 量 表 示 。 14.转 换 速 率 /压 摆 率 (SR)该 参 数 是 指 输 出

17、 电 压 的 变 化 量 与 发 生 这 个 变 化 所 需 时 间 之 比 的 最 大 值 。 SR 通 常以 V/s 为 单 位 表 示 ， 有 时 也 分 别 表 示 成 正 向 变 化 和 负 向 变 化 。15.电 源 电 流 (ICC、 IDD)该 参 数 是 在 指 定 电 源 电 压 下 器 件 消 耗 的 静 态 电 流 ， 这 些 参 数 通 常 定 义 在 空 载 情 况 下。16.单 位 增 益 带 宽 (BW)该 参 数 指 开 环 增 益 大 于 1 时 运 算 放 大 器 的 最 大 工 作 频 率 。17.输 入 失 调 电 压 (VOS)该 参 数 表 示 使

18、 输 出 电 压 为 零 时 需 要 在 输 入 端 作 用 的 电 压 差 。18.输 入 失 调 电 压 温 漂 (TCVOS)该 参 数 指 温 度 变 化 引 起 的 输 入 失 调 电 压 的 变 化 ， 通 常 以 V/C 为 单 位 表 示。19.输 入 电 容 (CIN)CIN 表 示 运 算 放 大 器 工 作 在 线 性 区 时 任 何 一 个 输 入 端 的 等 效 电 容 (另 一 输 入 端 接地 )。20.输 入 电 压 范 围 (VIN)该 参 数 指 运 算 放 大 器 正 常 工 作 (可 获 得 预 期 结 果 )时 ， 所 允 许 的 输 入 电 压 的

19、范 围 ，VIN 通 常 定 义 在 指 定 的 电 源 电 压 下 。21.输 入 电 压 噪 声 密 度 (eN)对 于 运 算 放 大 器 ， 输 入 电 压 噪 声 可 以 看 作 是 连 接 到 任 意 一 个 输 入 端 的 串 联 噪 声 电 压源 ， eN 通 常 以 nV / 根 号 Hz 为 单 位 表 示 ， 定 义 在 指 定 频 率 。22.输 入 电 流 噪 声 密 度 (iN)对 于 运 算 放 大 器 ， 输 入 电 流 噪 声 可 以 看 作 是 两 个 噪 声 电 流 源 ， 连 接 到 每 个 输 入 端 和公 共 端 ， 通 常 以 pA / 根 号 Hz 为 单 位 表 示 ， 定 义 在 指 定 频 率 。 编 辑 本 段 应 用运 算 放 大 器 是 用 途 广 泛 的 器 件 ， 接 入 适 当 的 反 馈 网 络 ， 可 用 作 精 密 的 交 流 和 直 流 放大 器 、 有 源 滤 波 器 、 振 荡 器 及 电 压 比 较 器 。