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运放(运算放大器)的基础知识

时间:2010-05-14 16:25来源:未知 作者:admin 点击:
浅谈运放

运放是集成运算放大器的简称,它是由十几只乃至近百只晶体管和其他阻容元件构成的,并带有深度负反馈的直接耦合放大器,其内部电路可由图1的方框图表示。40年前第一只运放μA702问世以来.运放已经历了4代。第1代运放只是简单地将分立元件完成的功能用集成方法来制作,效果并不比分立元件好多少,只是体积大大缩小。第2代运放开始采用有源负载,其开环增益最高可达105dB。第3代运放以超β管作为差分输入管,在失调电压、失调电流、开环增益、共模抑制比、温漂等方面都有所提高。第4代运放则是使用大规模集成电路方式,将双极型管和场效应管集成在同一硅片上,使输入阻抗、失调电压、噪声系数、温漂等指标得到进一步改善。现在运放正朝着高速、高压、低功耗,低噪声,高稳定、大功率方向发展。
运放的特点及其类别:
1.通用型 这类运放无特殊要求,常在普通电路中使用,价格也很低廉,比如μA741、LM324等。
2.微偏流(高阻)型

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这类运放的输入阻抗极高,常以场效应管作为输入级,其输入偏流低到pA(10-12pA)级,比如AD549、OPAl28等。
3.低功耗型 这类运放自身功耗极低,常以电池供电,其静态耗电有的仅为20μA,比如OP90G、LP324等。
4.高精度型
这类运放的失调电压及温漂极小,具有很高的稳定性.对频率特性要求不高,主要用于电子仪器中,比如OP07、OP177等。
5.低噪声型
这类运放的特点是噪声电压密度极低,已低至0.85nV/1kHz.主要用于高级音响的前置级,比如AD829、LT1028就属这类运放。
6.高速型
这类运放主要用在高频高带宽的电子设备中,通常采用电流负反馈方式,它的转换速率很高,可达2000V/μs以上。比如LM318、EL2030C、AD8001A就属这一类运放。
7.电流型
这类运放输出电流大,常用在音频功放及电机驱动电路中,比如TDA2007、LMl875、OPA541等。就OPA541来说,它输出的最大电流可达10A,输出功率达125W。

除此以外还有高压型、程控型、跨导型等等,在此不一一介绍。不论哪种运放,它的电路符号均如图2所示,其中图2(a)为正、负双电源供电,图2(b)为单电源供电,其封装有金属封装(B-3型即礼帽式,大功率三极管TO-3型)和塑料封装(扁平封装、双列直插封装、单列直插封装)两种形式,其引脚通常为8脚、9脚,14脚、16脚等几种。根据集成电路封装所包含的运放单元数量,可分为单运放,如TL081,LM318、NE5539等见图3(a)(指塑封类型,下同);双运放如TL082、LMl58、NE5532、μPC4072/4等见图3(b)(c);四运放如LM324、TL084、LF347等见图3(d)。
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无论哪种运放都有两个输入端,即同相输入端V+,反相输入端V-,一个输出端Uo。它的基本特性:当从同相端输入信号时.其输出与输入端信号同相位,即同相放大;当从反相端输入信号时,其输出与输入端信号相位相反,即反相放大。当从同相输入端和反相输入端同时注入不同信号时,输出端输出的信号是它们的代数和,即差动放大。当同相输入端和反相输入端同时输入同一信号时,输出端无信号,这是因为正、反相放大器放大后的信号由于相位相反,刚好抵消。

运放的主要参数有:工作电压、静态工作电流,信噪比、电压最大增益、功耗、输入失调电压、输入失调电流、输入阻抗、输出阻抗、增益带宽积及转换速率等.下面仅解释一下什么是增益带宽积与转换速率。所谓增益带宽积是指运放开环电压放大倍数A=1时,带宽与放大倍数的乘积。对应的带宽频率用fc表示(因工作频率升高,运放的放大倍数降低),一般通用型可达1MHz,宽带高速运放可达100MHz以上。所谓转换速率是指在额定负载条件下,当输入边沿陡峭为大信号时,运放输出电压的变化与所用时间比值,即输出电压变化率,用SR表示。SR=U02-U01/t2-t1=△UO/△t,单位V/μs(伏/微秒),见图4,它是反映运放对输入信号的反映速度。

运放作为一种通用电子器件,它的应用很广.比如在放大、振荡、电压比较,模拟运算、阻抗变换,有源滤波等电路中。但不管在哪种电路中应用,均是基于运放的三种基本放大电路:即同相放大器、反相放大器、差动放大器。
图5是运放构成的加法器电路,它实际是运放构成的反相放大器。U1、U2是两个相加电压,Uo则是电压和,
当R1=R2=R3时,放大倍数A=1,R4为平衡电阻,用以提供适当偏流以防止放大器失调。

图6是运放构成的减法器电路,它是一种差动放大器,U1、U2是两个待减的输入电压,Uo是它们的差,当R1=R2=R3时,其放大倍数A=1,R4为平衡电阻。

图7是运放构成的比较器电路,它也是整动放大器的应用,当输入电压U1大于基准电压E时,它的输出端将有电压输出,所以它常用于伺服或保护电路中。

图8是运放构成的阻抗变换器电路,它是运放构成的同相放大器,放大倍数A=1的特例。它输出电压与输入电压相等、相位相同,但它却有极高的输入阻抗和较低输出阻抗,故也将它称为电压跟随器。

图9是运放构成的电压放大器,其放大倍数由R2、R3共同决定,其中Cl是信号耦合电容,C2是高频旁路电容,R1、R2为偏置电阻,R3为负反馈电阻。

图10是运放构成的正弦波振荡器,R1、R2、C1、C2构成正反馈电路,R3、R4、R5构成负反馈电路,二极管D1、D2起稳定振幅的作用。

图11是运放构成的二分频电路,它实际是有源滤波器。在图11中,ICl等构成二阶高通滤波器,IC2等构成二阶低通滤波器,它能将前置放大器送来的音频信号分频后,分别送入两个功率放大器放大,然后分别推动高音和低音喇叭放音。
以上只是粗略介绍了运放的一些典型应用,实际上的应用还很多,在此不再一一举例。
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