运算放大器里面是什么

工程师 2018-08-16 38191

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描述

　　运算放大器种类

　　运算放大器按参数可分为如下几类。

　　1．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。

　　2．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。

　　3．高阻型运算放大器：特点是差模输入阻抗非常高，输入偏置电流非常小，一般rid＞1GΩ~1TΩ，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。

　　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。

　　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。

　　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电路，即可输出高电压和大电流。

　　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。

　　运算放大器特性参数

　　理想运放各项技术指标具体如下：

　　1．开环差模电压放大倍数Aod = ∞；

　　2．输入电阻Rid = ∞；输出电阻Rod =0

　　3．输入偏置电流IB1=IB2=0；

　　4．失调电压UIO 、失调电流IIO 、失调电压温漂、失调电流温漂均为零；

　　5．共模抑制比CMRR = ∞；

　　6．-3dB带宽fH = ∞；

　　7．无内部干扰和噪声。

　　实际运放的参数达到如下水平即可以按理想运放对待：

　　电压放大倍数达到104～105倍；输入电阻达到105Ω；输出电阻小于几百欧姆；外电路中的电流远大于偏置电流；失调电压、失调电流及其温漂很小，造成电路的漂移在允许范围之内，电路的稳定性符合要求即可；输入最小信号时，有一定信噪比，共模抑制比大于等于60dB；带宽符合电路带宽要求即可。

　　运算放大器的组成

　　集成运算放大器的电路可分为输入级、中间级、输出级和偏置电路四个基本组成部分（图1）

运算放大器

　　输入级是提高运算放大器质量的关键部分，要求其输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信号。输入级都采用差分放大电路，它有同相和反相两个输入端。

　　中间级主要进行电压放大，要求它的电压放大倍数高，一般由共发射极放大电路构成。

　　输出级与负载相连，要求其输出电阻低，带负载能力强，能输出足够大的电压和电流，一般由互补对称电路或射极输出器构成。

　　偏置电路的作用是为上述各级电路提供稳定和合适的偏置电流，决定各级的静态工作点，一般由各种恒流源电路构成。

运算放大器

　　在应用集成运算放大器时，需要知道它的几个管脚的用途以及放大器的主要参数，至于它的内部电路结构如何一般是无关紧要的。集成运算放大器可用图2的符号来表示。图中所示的是F007（5G24）集成运算放大器的外形、管脚和符号图。它有双列直插式［图2a］和圆壳式［图2b］两种封装。这种运算放大器需要与外电路相接的是通过7个管脚引出的。各管脚的功能是：

　　1，5——外接调零电位器（通常为10KΩ）的两个端子。

　　2——反相输入端。由此端接输入信号，则输出信号和输入信号是反相的（或两者极性相反）。

　　3——同相输入端。由此端接输入信号，则输出信号和输入信号是同相的（或两者极性相同）。

　　4——负电源端。接-15V稳压电源。

　　6——输出端。

　　7——正电源端。接+15V稳压电源。

　　8——空脚。

　　集成运放内部结构电路图

　　运算放大器的工作原理

　　运算放大器具有两个输入端和一个输出端，如图3-1所示，其中标有“+”号的输入端为“同相输入端”而不能叫做正端），另一只标有“一”号的输入端为“反相输入端”同样也不能叫做负端，如果先后分别从这两个输入端输入同样的信号，则在输出端会得到电压相同但极性相反的输出信号：输出端输出的信号与同相输人端的信号同相，而与反相输入端的信号反相。

运算放大器

　　运算放大器所接的电源可以是单电源的，也可以是双电源的，如图3-1所示。运算放大器有一些非常有意思的特性，灵活应用这些特性可以获得很多独特的用途，总的来说，这些特性可以综合为两条：

　　1、运算放大器的放大倍数为无穷大。

　　2、运算放大器的输入电阻为无穷大，输出电阻为零。

运算放大器

　　现在我们来简单地看看由于上面的两个特性可以得到一些什么样的结论。

　　首先，运算放大器的放大倍数为无穷大，所以只要它的输入端的输入电压不为零，输出端就会有与正的或负的电源一样高的输出电压本来应该是无穷高的输出电压，但受到电源电压的限制。准确地说，如果同相输入端输入的电压比反相输入端输入的电压高，哪怕只高极小的一点，运算放大器的输出端就会输出一个与正电源电压相同的电压;反之，如果反相输入端输入的电压比同相输人端输入的电压高，运算放大器的输出端就会输出一个与负电源电压相同的电压（如果运算放大器用的是单电源，则输出电压为零）。

　　其次，由于放大倍数为无穷大，所以不能将运算放大器直接用来做放大器用，必须要将输出的信号反馈到反相输入端（称为负反馈）来降低它的放大倍数。如图1-3中左图所示，R1的作用就是将输出的信号返回到运算放大器的反相输入端，由于反相输入端与输出的电压是相反的，所以会减小电路的放大倍数，是一个负反馈电路，电阻Rf也叫做负反馈电阻。

运算放大器

　　还有，由于运算放大器的输入为无穷大，所以运算放大器的输入端是没有电流输入的——它只接受电压。同样，如果我们想象在运算放大器的同相输入端与反相输入端之间是一只无穷大的电阻，那么加在这个电阻两端的电压是不能形成电流的，没有电流，根据欧姆定律，电阻两端就不会有电压，所以我们又可以认为在运算放大器的两个输人端电压是相同的（电压在这种情况就有点像用导线将两个输入端短路，所以我们又将这种现象叫做“虚短”）。

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