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運算放大器
鎖定
- 中文名
- 運算放大器
- 外文名
- operational amplifier
- 簡 稱
- 運放
- 主要參數
- 共模抑制、增益帶寬積等
- 屬 性
- 具有很高放大倍數的電路單元
- 材 質
- 晶體管
運算放大器簡介
運算放大器是一個內含多級放大電路的電子集成電路,其輸入級是差分放大電路,具有高輸入電阻和抑制零點漂移能力;中間級主要進行電壓放大,具有高電壓放大倍數,一般由共射極放大電路構成;輸出極與負載相連,具有帶載能力強、低輸出電阻特點。運算放大器的應用非常廣泛。
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運算放大器原理
運放如圖有兩個輸入端a(反相輸入端),b(同相輸入端)和一個輸出端o。也分別被稱為倒向輸入端非倒向
輸入端和輸出端。當電壓U-加在a端和公共端(公共端是電壓為零的點,它相當於電路中的參考結點。)之間,且其實際方向從a 端高於公共端時,輸出電壓U實際方向則自公共端指向o端,即兩者的方向正好相反。當輸入電壓U+加在b端和公共端之間,U與U+兩者的實際方向相對公共端恰好相同。為了區別起見,a端和b 端分別用"-"和"+"號標出,但不要將它們誤認為電壓參考方向的正負極性。電壓的正負極性應另外標出或用箭頭表示。反轉放大器和非反轉放大器如下圖:
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運放的輸入電位通常要求高於負電源某一數值,而低於正電源某一數值。經過特殊設計的運放可以允許輸入電位在從負電源到正電源的整個區間變化,甚至稍微高於正電源或稍微低於負電源也被允許。這種運放稱為軌到軌(rail-to-rail)輸入運算放大器。
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運算放大器的輸出信號與兩個輸入端的信號電壓差成正比,在音頻段有:輸出電壓=A0(E1-E2),其中,A0 是運放的低頻開環增益(如 100dB,即 100000 倍),E1 是同相端的輸入信號電壓,E2 是反相端的輸入信號電壓。
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運算放大器分類
按照集成運算放大器的參數來分,集成運算放大器可分為如下幾類。
運算放大器通用型
通用型運算放大器就是以通用為目的而設計的。這類器件的主要特點是價格低廉、產品量大面廣,其性能指標能適合於一般性使用。例μA741(單運放)、LM358(雙運放)、LM324(四運放)及以場效應管為輸入級的LF356都屬於此種。它們是目前應用最為廣泛的集成運算放大器。
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運算放大器高阻型
這類集成運算放大器的特點是差模輸入阻抗非常高,輸入偏置電流非常小,一般rid>1GΩ~1TΩ,IB為幾皮安到幾十皮安。實現這些指標的主要措施是利用場效應管高輸入阻抗的特點,用場效應管組成運算放大器的差分輸入級。用FET作輸入級,不僅輸入阻抗高,輸入偏置電流低,而且具有高速、寬帶和低噪聲等優點,但輸入失調電壓較大。常見的集成器件有LF355、LF347(四運放)及更高輸入阻抗的CA3130、CA3140等。
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運算放大器低温漂型
在精密儀器、弱信號檢測等自動控制儀表中,總是希望運算放大器的失調電壓要小且不隨温度的變化而變化。低温漂型運算放大器就是為此而設計的。當前常用的高精度、低温漂運算放大器有OP07、OP27、AD508及由MOSFET組成的斬波穩零型低漂移器件ICL7650等。
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運算放大器高速型
在快速A/D和D/A轉換器、視頻放大器中,要求集成運算放大器的轉換速率SR一定要高,單位增益帶寬BWG一定要足夠大,像通用型集成運放是不能適合於高速應用的場合的。高速型運算放大器主要特點是具有高的轉換速率和寬的頻率響應。常見的運放有LM318、μA715等,其SR=50~70V/us,BWG>20MHz。
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運算放大器低功耗型
由於電子電路集成化的最大優點是能使複雜電路小型輕便,所以隨着便攜式儀器應用範圍的擴大,必須使用低電源電壓供電、低功率消耗的運算放大器相適用。常用的運算放大器有TL-022C、TL-060C等,其工作電壓為±2V~±18V,消耗電流為50~250μA。目前有的產品功耗已達μW級,例如ICL7600的供電電源為1.5V,功耗為10mW,可採用單節電池供電。
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運算放大器高壓大功率型
運算放大器的輸出電壓主要受供電電源的限制。在普通的運算放大器中,輸出電壓的最大值一般僅幾十伏,輸出電流僅幾十毫安。若要提高輸出電壓或增大輸出電流,集成運放外部必須要加輔助電路。高壓大電流集成運算放大器外部不需附加任何電路,即可輸出高電壓和大電流。例如D41集成運放的電源電壓可達±150V,μA791集成運放的輸出電流可達1A。
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運算放大器可編程控制型
在儀器儀表得使用過程中都會涉及到量程得問題.為了得到固定電壓得輸出,就必須改變運算放大器得放大倍數.例如:有一運算放大器得放大倍數為10倍,輸入信號為1mv時,輸出電壓為10mv,當輸入電壓為0.1mv時,輸出就只有1mv,為了得到10mv就必須改變放大倍數為100。程控運放就是為了解決這一問題而產生的。例如PGA103A,通過控制1,2腳的電平來改變放大的倍數。
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運算放大器參數
(1)共模輸入電阻
(2)直流共模抑制
(3)交流共模抑制
(4)增益帶寬積
(5)輸入偏置電流
(6)偏置電流温漂
(7)輸入失調電流
(8)輸入失調電流温漂(TCIOS)
(9)差模輸入電阻
(10)輸出阻抗
(11)輸出電壓擺幅
(12)功耗
(13)電源抑制比
(14)轉換速率
(15)電源電流
(16)單位增益帶寬
(17)輸入失調電壓
(18)輸入失調電壓温漂(TCVOS)
(19)輸入電容
(20)輸入電壓範圍
(21)輸入電壓噪聲密度(eN)
(22)輸入電流噪聲密度(iN)
(23)理想運算放大器參數
運算放大器型號命名
運算放大器的國際統一型號命名法如下:型號由字母和阿拉伯數字兩部分組成.字母在首部,採用CF兩個字母,C表示符合國際標準,F表示線性放大器。其後部的阿拉伯數字表示運算放大器的類型。例如:通用運算放大器( F003、F007、F030)、高速運算放大器(F051B)、高精度運算放大器(F714)、高阻抗運算放大器(CF072)、低功耗運算放大器( F010)、雙運算放大器(CF358)以及四運算放大器(CF324)等。其中最典型、最普及的為F007(國外型號為tLA741、t1PC741)和CF324(國外型號為LM324)。
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運算放大器集成運算放大器的選擇和使用
(2)實際選擇集成運算放大器時,還要考慮信號源的性質(是電壓源還是電流源)、負載的性質、集成運算放大器輸出電壓和電流是否滿足要求、環境條件,集成運算放大器允許工作範圍、工作電壓範圍、功耗與體積等因素是否滿足要求。例如:對於放大音頻、視頻等交流信號的電路,選用轉換速率大的運算放大器比較合適;對於處理微弱直流信號的電路,選用精度比較高的運算放大器比較合適(即失調電流、失調電壓及温漂均比較小)。
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(4)消振網絡應按要求接好,在能消振的前提下兼顧帶寬。