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運(yùn)算放大器（常簡(jiǎn)稱運(yùn)放）具有高放大倍數(shù)電路單元實(shí)際電路通常結(jié)合反饋網(wǎng)絡(luò)共同組成某種功能模塊由于早期應(yīng)用于模擬計(jì)算機(jī)用實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)運(yùn)算故得名運(yùn)算放大器此名稱直延續(xù)至今運(yùn)放從功能角度命名電路單元由分立器件實(shí)現(xiàn)也實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體芯片當(dāng)隨著半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展今絕大部分運(yùn)放單片形式存運(yùn)放種類繁多廣泛應(yīng)用于幾乎所有行業(yè)當(dāng)
歷史
第使用真空管設(shè)計(jì)放大器大約1930年前完成放大器執(zhí)行加與減工作 運(yùn)算放大器早被設(shè)計(jì)出來(lái)目電壓類比成數(shù)字用來(lái)進(jìn)行加、減、乘、除運(yùn)算同時(shí)也成實(shí)現(xiàn)模擬計(jì)算機(jī)（analog computer）基本建構(gòu)方塊而理想運(yùn)算放大器電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)上用途卻遠(yuǎn)超過(guò)加減乘除計(jì)算今日運(yùn)算放大器無(wú)論使用晶體管（transistor）或真空管（vacuum tube）、分立式（discrete）元件或集成電路（integrated circuits）元件運(yùn)算放大器效能都已經(jīng)逐漸接近理想運(yùn)算放大器要求早期運(yùn)算放大器使用真空管設(shè)計(jì)現(xiàn)則多半集成電路式元件系統(tǒng)對(duì)于放大器需求超出集成電路放大器需求時(shí)常常會(huì)利用分立式元件來(lái)實(shí)現(xiàn)些特殊規(guī)格運(yùn)算放大器[1] 1960年代晚期仙童半導(dǎo)體（Fairchild Semiconductor）推出了第被廣泛使用集成電路運(yùn)算放大器型號(hào)μA709設(shè)計(jì)者則鮑伯·韋勒（Bob Widlar）709快地被隨而來(lái)新產(chǎn)品μA741取代741有著更好性能更穩(wěn)定也更容易使用741運(yùn)算放大器成了微電子工業(yè)發(fā)展歷史上獨(dú)無(wú)二象征歷經(jīng)了數(shù)十年演進(jìn)仍沒(méi)有被取代多集成電路制造商至今仍生產(chǎn)741直今天μA741仍各大學(xué)電子工程系講解運(yùn)放原理典型教材
編輯本段原理
運(yùn)放上圖有兩輸入端a（反相輸入端）,b(同相輸入端)和輸出端o.也分別被稱倒向輸入端非倒向輸入端和輸出端.當(dāng)電壓加U-加a端和公共端(公共端電壓零點(diǎn),相當(dāng)于電路參考結(jié)點(diǎn).)之間,且其實(shí)際方向從a 端高于公共端時(shí),輸出電壓U實(shí)際方向則自公共端指向o端,即兩者方向正好相反.當(dāng)輸入電壓U+加b端和公共端之間,U與U+兩者實(shí)際方向相對(duì)公共端恰好相同.了區(qū)別起見,a端和b 端分別用"-"和"+"號(hào)標(biāo)出,要們誤認(rèn)電壓參考方向正負(fù)極性.電壓正負(fù)極性應(yīng)另外標(biāo)出或用箭頭表示.反轉(zhuǎn)放大器和非反轉(zhuǎn)放大器下圖： 運(yùn)算放大器
運(yùn)算放大器
般運(yùn)放簡(jiǎn)單地視：具有信號(hào)輸出端口（Out）和同相、反相兩高阻抗輸入端高增益直接耦合電壓放大單元因此采用運(yùn)放制作同相、反相及差分放大器 運(yùn)放供電方式分雙電源供電與單電源供電兩種對(duì)于雙電源供電運(yùn)放其輸出零電壓兩側(cè)變化差動(dòng)輸入電壓零時(shí)輸出也置零采用單電源供電運(yùn)放輸出電源與地之間某范圍變化 運(yùn)放輸入電位通常要求高于負(fù)電源某數(shù)值而低于正電源某數(shù)值經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)運(yùn)放允許輸入電位從負(fù)電源正電源整區(qū)間變化甚至稍微高于正電源或稍微低于負(fù)電源也被允許種運(yùn)放稱軌軌（rail-to-rail）輸入運(yùn)算放大器 運(yùn)算放大器輸出信號(hào)與兩輸入端信號(hào)電壓差成正比音頻段有：輸出電壓=A0（E1-E2）其A0 運(yùn)放低頻開環(huán)增益（ 100dB即 100000 倍）E1 同相端輸入信號(hào)電壓E2 反相端輸入信號(hào)電壓
編輯本段類型
按照集成運(yùn)算放大器參數(shù)來(lái)分,集成運(yùn)算放大器分下幾類 運(yùn)算放大器
1．通用型運(yùn)算放大器 通用型運(yùn)算放大器通用目而設(shè)計(jì)類器件主要特點(diǎn)價(jià)格低廉、產(chǎn)品量大面廣,其性能指標(biāo)能適合于般性使用例μA741（單運(yùn)放）、LM358（雙運(yùn)放）、LM324（四運(yùn)放）及場(chǎng)效應(yīng)管輸入級(jí)LF356都屬于此種們目前應(yīng)用廣泛集成運(yùn)算放大器 2．高阻型運(yùn)算放大器 類集成運(yùn)算放大器特點(diǎn)差模輸入阻抗非常高,輸入偏置電流非常小,般rid＞1GΩ~1TΩ,IB幾皮安幾十皮安實(shí)現(xiàn)些指標(biāo)主要措施利用場(chǎng)效應(yīng)管高輸入阻抗特點(diǎn),用場(chǎng)效應(yīng)管組成運(yùn)算放大器差分輸入級(jí)用FET作輸入級(jí),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(yōu)點(diǎn),輸入失調(diào)電壓較大常見集成器件有LF355、LF347（四運(yùn)放）及更高輸入阻抗CA3130、CA3140等 3．低溫漂型運(yùn)算放大器 精密儀器、弱信號(hào)檢測(cè)等自動(dòng)控制儀表,總希望運(yùn)算放大器失調(diào)電壓要小且隨溫度變化而變化低溫漂型運(yùn)算放大器此而設(shè)計(jì)目前常用高精度、低溫漂運(yùn)算放大器有OP07、OP27、AD508及由MOSFET組成斬波穩(wěn)零型低漂移器件ICL7650等 4．高速型運(yùn)算放大器 快速A/D和D/A轉(zhuǎn)換器、視頻放大器,要求集成運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換速率SR定要高,單位增益帶寬BWG定要足夠大,像通用型集成運(yùn)放能適合于高速應(yīng)用場(chǎng)合高速型運(yùn)算放大器主要特點(diǎn)具有高轉(zhuǎn)換速率和寬頻率響應(yīng)常見運(yùn)放有LM318、μA715等,其SR=50~70V/us,BWG＞20MHz 5．低功耗型運(yùn)算放大器 運(yùn)算放大器
由于電子電路集成化大優(yōu)點(diǎn)能使復(fù)雜電路小型輕便,所隨著便攜式儀器應(yīng)用范圍擴(kuò)大,必須使用低電源電壓供電、低功率消耗運(yùn)算放大器相適用常用運(yùn)算放大器有TL-022C、TL-060C等,其工作電壓±2V~±18V,消耗電流50~250μA目前有產(chǎn)品功耗已達(dá)μW級(jí),例ICL7600供電電源1.5V,功耗10mW,采用單節(jié)電池供電 6．高壓大功率型運(yùn)算放大器 運(yùn)算放大器輸出電壓主要受供電電源限制普通運(yùn)算放大器,輸出電壓大值般僅幾十伏,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(yùn)放外部必須要加輔助電路高壓大電流集成運(yùn)算放大器外部需附加任何電路,即輸出高電壓和大電流例D41集成運(yùn)放電源電壓達(dá)±150V,μA791集成運(yùn)放輸出電流達(dá)1A 7.編程控制運(yùn)算放大器 儀器儀表得使用過(guò)程都會(huì)涉及量程得問(wèn)題.了得固定電壓得輸出,必須改變運(yùn)算放大器得放大倍數(shù).例:有運(yùn)算放大器得放大倍數(shù)10倍,輸入信號(hào)1mv時(shí),輸出電壓10mv,當(dāng)輸入電壓0.1mv時(shí),輸出只有1mv,了得10mv必須改變放大倍數(shù)100.程控運(yùn)放了解決問(wèn)題而產(chǎn)生得.例PGA103A,通過(guò)控制1,2腳電平來(lái)改變放大倍數(shù).
編輯本段主要參數(shù)
1.共模輸入電阻(RINCM) 該參數(shù)表示運(yùn)算放大器工作線性區(qū)時(shí)輸入共模電壓范圍與該范圍內(nèi)偏置電流變化量之比 2.直流共模抑制(CMRDC) 該參數(shù)用于衡量運(yùn)算放大器對(duì)作用兩輸入端相同直流信號(hào)抑制能力 運(yùn)算放大器
3.交流共模抑制(CMRAC) CMRAC用于衡量運(yùn)算放大器對(duì)作用兩輸入端相同交流信號(hào)抑制能力差模開環(huán)增益除共模開環(huán)增益函數(shù) 4.增益帶寬積(GBW) 增益帶寬積AOL * ƒ常量定義開環(huán)增益隨頻率變化特性曲線-20dB/十倍頻程滾降區(qū)域 5.輸入偏置電流(IB) 該參數(shù)指運(yùn)算放大器工作線性區(qū)時(shí)流入輸入端平均電流 6.輸入偏置電流溫漂(TCIB) 該參數(shù)代表輸入偏置電流溫度變化時(shí)產(chǎn)生變化量TCIB通常pA/°C單位表示 7.輸入失調(diào)電流(IOS) 該參數(shù)指流入兩輸入端電流之差 8.輸入失調(diào)電流溫漂(TCIOS) 該參數(shù)代表輸入失調(diào)電流溫度變化時(shí)產(chǎn)生變化量TCIOS通常pA/°C單位表示 9.差模輸入電阻(RIN) 該參數(shù)表示輸入電壓變化量與相應(yīng)輸入電流變化量之比電壓變化導(dǎo)致電流變化輸入端測(cè)量時(shí)另輸入端接固定共模電壓 10.輸出阻抗(ZO) 該參數(shù)指運(yùn)算放大器工作線性區(qū)時(shí)輸出端內(nèi)部等效小信號(hào)阻抗 11.輸出電壓擺幅(VO) 該參數(shù)指輸出信號(hào)發(fā)生箝位條件下能夠達(dá)大電壓擺幅峰峰值VO般定義特定負(fù)載電阻和電源電壓下 12.功耗(Pd) 表示器件給定電源電壓下所消耗靜態(tài)功率Pd通常定義空載情況下 13.電源抑制比(PSRR) 該參數(shù)用來(lái)衡量電源電壓變化時(shí)運(yùn)算放大器保持其輸出變能力PSRR通常用電源電壓變化時(shí)所導(dǎo)致輸入失調(diào)電壓變化量表示 14.轉(zhuǎn)換速率/壓擺率(SR) 該參數(shù)指輸出電壓變化量與發(fā)生變化所需時(shí)間之比大值SR通常V/µs單位表示有時(shí)也分別表示成正向變化和負(fù)向變化 運(yùn)算放大器
15.電源電流(ICC、IDD) 該參數(shù)指定電源電壓下器件消耗靜態(tài)電流些參數(shù)通常定義空載情況下 16.單位增益帶寬(BW) 該參數(shù)指開環(huán)增益大于1時(shí)運(yùn)算放大器大工作頻率 17.輸入失調(diào)電壓(VOS) 該參數(shù)表示使輸出電壓零時(shí)需要輸入端作用電壓差 18.輸入失調(diào)電壓溫漂(TCVOS) 該參數(shù)指溫度變化引起輸入失調(diào)電壓變化通常µV/°C單位表示 19.輸入電容(CIN) CIN表示運(yùn)算放大器工作線性區(qū)時(shí)任何輸入端等效電容(另輸入端接地) 20.輸入電壓范圍(VIN) 該參數(shù)指運(yùn)算放大器正常工作(獲得預(yù)期結(jié))時(shí)所允許輸入電壓范圍VIN通常定義指定電源電壓下 21.輸入電壓噪聲密度(eN) 對(duì)于運(yùn)算放大器輸入電壓噪聲看作連接任意輸入端串聯(lián)噪聲電壓源eN通常 nV / 根號(hào)Hz 單位表示定義指定頻率 22.輸入電流噪聲密度(iN) 對(duì)于運(yùn)算放大器輸入電流噪聲看作兩噪聲電流源連接每輸入端和公共端通常 pA / 根號(hào)Hz 單位表示定義指定頻率 運(yùn)算放大器
理想運(yùn)算放大器參數(shù)：差模放大倍數(shù)、差模輸入電阻、共模抑制比、上限頻率均無(wú)窮大；輸入失調(diào)電壓及其溫漂、輸入失調(diào)電流及其溫漂及噪聲均零
編輯本段應(yīng)用
運(yùn)算放大器用途廣泛器件接入適當(dāng)反饋網(wǎng)絡(luò)用作精密交流和直流放大器、有源濾波器、振蕩器及電壓比較器
編輯本段分類
按照集成運(yùn)算放大器參數(shù)來(lái)分集成運(yùn)算放大器分下幾類 1．通用型運(yùn)算放大器 運(yùn)算放大器
通用型運(yùn)算放大器通用目而設(shè)計(jì)類器件主要特點(diǎn)價(jià)格低廉、產(chǎn)品量大面廣其性能指標(biāo)能適合于般性使用例μA741（單運(yùn)放）、LM358（雙運(yùn)放）、LM324（四運(yùn)放）及場(chǎng)效應(yīng)管輸入級(jí)LF356都屬于此種們應(yīng)用廣泛集成運(yùn)算放大器2．高阻型運(yùn)算放大器 類集成運(yùn)算放大器特點(diǎn)差模輸入阻抗非常高輸入偏置電流非常小般rid＞1GΩ~1TΩIB幾皮安幾十皮安實(shí)現(xiàn)些指標(biāo)主要措施利用場(chǎng)效應(yīng)管高輸入阻抗特點(diǎn)用場(chǎng)效應(yīng)管組成運(yùn)算放大器差分輸入級(jí)用FET作輸入級(jí)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(yōu)點(diǎn)輸入失調(diào)電壓較大常見集成器件有LF355、LF347（四運(yùn)放）及更高輸入阻抗CA3130、CA3140等 3．低溫漂型運(yùn)算放大器 精密儀器、弱信號(hào)檢測(cè)等自動(dòng)控制儀表總希望運(yùn)算放大器失調(diào)電壓要小且隨溫度變化而變化低溫漂型運(yùn)算放大器此而設(shè)計(jì)常用高精度、低溫漂運(yùn)算放大器有OP07、OP27、AD508及由MOSFET組成斬波穩(wěn)零型低漂移器件ICL7650等 4．高速型運(yùn)算放大器 快速A/D和D/A轉(zhuǎn)換器、視頻放大器要求集成運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換速率SR定要高單位增益帶寬BWG定要足夠大像通用型集成運(yùn)放能適合于高速應(yīng)用場(chǎng)合高速型運(yùn)算放大器主要特點(diǎn)具有高轉(zhuǎn)換速率和寬頻率響應(yīng)常見運(yùn)放有LM318、μA715等其SR=50~70V/usBWG＞20MHz 5．低功耗型運(yùn)算放大器 由于電子電路集成化大優(yōu)點(diǎn)能使復(fù)雜電路小型輕便所隨著便攜式儀器應(yīng)用范圍擴(kuò)大必須使用低電源電壓供電、低功率消耗運(yùn)算放大器相適用常用運(yùn)算放大器有TL-022C、TL-060C等其工作電壓±2V~±18V消耗電流50~250μA有產(chǎn)品功耗已達(dá)μW級(jí)例ICL7600供電電源1.5V功耗10mW采用單節(jié)電池供電 6．高壓大功率型運(yùn)算放大器 運(yùn)算放大器輸出電壓主要受供電電源限制普通運(yùn)算放大器輸出電壓大值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(yùn)放外部必須要加輔助電路高壓大電流集成運(yùn)算放大器外部需附加任何電路即輸出高電壓和大電流例D41集成運(yùn)放電源電壓達(dá)±150VμA791集成運(yùn)放輸出電流達(dá)1A