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运算放大器的课程报告

时间:2019-08-24

关于运算放大器的课程报告

——13121878 袁扬

一、运算放大器的分类及特点
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。
通用型 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μ A741(单运放)、 LM358(双运放)、LM324(四运放)及以场效应管为输入级的 LF356 都属于此种。 它们是目前应用最为广泛的集成运算放大器。
高阻型 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>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。用 FET 作输入级,不仅输入阻抗高,输入偏置电流低,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。
低温漂型 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。
高速型 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。常见的运放有 LM318、μ A715 等,其 SR=50~70V/us,BWG>20MHz。
低功耗型 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±2V~±18V,消 耗电流为 50~250μ A。目前有的产品功耗已达μ 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。
高压大功率型 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。例如 D41 集成运放的电源电压可达 ±150V,μ A791 集成运放的输出电流可达 1A。
可编程控制型 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,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 题而产生的。例如 PGA103A,通过控制 1,2 脚的电平来改变放大的倍数。
二、运算放大器的参数
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。 直流共模抑制(CMRDC)
该参数用于衡量运算放大器对作用在两个输入端的相同直流信号的抑制能 力。 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。 增益带宽积(GBW)
增益带宽积是一个常量,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。 输入偏置电流(IB)
该参数指运算放大器工作在线性区时流入输入端的平均电流。 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。 输入失调电流(IOS)
该参数是指流入两个输入端的电流之差。 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。 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。 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。 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峰峰 值,VO 一般定义在特定的负载电阻和电源电压下。

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。 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。 转换速率/压摆率(SR)
该参数是指输出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/µs 为单位表示,有时也分别表示成正向变化和负向变化。 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。 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。 输入失调电压(VOS)
该参数表示使输出电压为零时需要在输入端作用的电压差。 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µV/°C 为单 位表示。 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)。 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 范围,VIN 通常定义在指定的电源电压下。 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。 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。 理想运算放大器参数:差模放大倍数、差模输入电阻、共模抑制比、上限频率均 无穷大;输入失调电压及其温漂、输入失调电流及其温漂,以及噪声均为零。
三、运算放大器基本应用电路
1.反馈电路 运算放大器在实际应用中常常需要外加反馈电路。因为运算放大器的开环增
益很高,而实际应用中所需的增益并不很高,这就需要外加负反馈电路构成闭环, 以获得相应的功能。另外,在深度反馈条件下,运算放大器的性能也会得到很大 改善。 2. 调零电路 由于运算放大器制造工艺等原因,当运算放大器输入端短路,为零输入时,输出

端并不为零。为了解决这一问题,在设计集成运算放大器时专门留有外接调零电 路的端口,只要接入调零电路,就可以使输出端调为零了。 3.防阻塞电路
如果在运算放大器的反相输入端加入过大的信号或有较大的干扰,放大器往 往不能正常工作,会出现信号加不进去或输出间歇等现象。这时必须断电后重新 加电或把信号去掉一段时间才能恢复正常。这种现象叫阻塞,又叫闭锁。这多是 由于输入级的三极管饱和、反相输入端和输出端失去相位相反的性质,电路变成 正反馈而造成的。如果电路中的某一大电容被大信号充电后没有放电回路或共模 输入电压超过规定值,也会出现阻塞现象。 4.消振电路
运算放大器是一个增益很高的器件,使用中加入深负反馈,才会使放大器获 得较好的闭环特性。但负反馈电路往往又给较高频率信号带来相移,当这种相移 满足 180°时,将使负反馈变成正反馈,从而产生寄生自激振荡,使运算放大器 无法正常工作。在低频端,自激振荡的产生多是由公共电源耦合造成的,这可以 用加强退捆的方法来解决。高频端的自激振荡则应采用相位补偿法来消除。 5. 提高输入阻抗电路
用在微电流放大或信号内阻较大情况下的放大电路,都需要具有很高的输入 阻抗,有时甚至达到 1 X 10 12Ω ,以上。要想提高输入阻抗,最直接的办法就 是采用场效应管组成输入级并加在放大器之前 6. 提高负载能力电路
一般通用型集成运算放大器的负载能力较弱, 它的允许功耗仅为几十毫瓦,最大输出电流也只有十毫安。所以,当负载需要较 大的电压或电流时,就需要有在它的输出端附加带扩展功能的电路。
四、运放的发展方向
便携式应用催生低电压/低功耗运算放大器 随着手机、PMP 等依赖电池供电的便携式产品出现,强调低功耗、低电压
的运放应运而生。一般定义下的低电压运放,指工作电压低于 2.5 伏特,而所谓 的低功耗运放,通常指供电电流低于 1mA。这类运放大多用在音频系统或是电压 比较电路、滤波器等不需要太高频宽的应用。此外,在测试、测量和医疗系统, 工程师也希望在低功耗水平下获得改进的性能(例如,更高的带宽、更快的转换 率和更低的失真度),所以在这些领域低功耗运放也有创新机会。
针对便携式视频应用,ADI 公司推出 ADA4850-X 系列放大器,能提供轨 至轨(R-R)输出特性,工作电源电压低于 2.7V。该产品可大幅降低失效电流,能 够延长便携式视频应用的电池寿命。此外,ADI 的 6 通道视频放大器 ADA4410-6 还整合了视频滤波器,是一种单芯片解决方案。该产品能够节省 50%的功耗同时 具有高可靠性。能使用户获得具有最佳高清晰度视频影像质量的低成本方案。
总结 当然,运算放大器还有许多其它参数可能需要测量,而且还有多种其它方法 可以测量上述参数,但正如本文所示,最基本的直流和交流参数可以利用易于构 建、易于理解、毫无问题的简单基本电路进行可靠测量。

通用型运算放 大器就是以通 用为目的而设 计的。这类器 件的主要特搬 良好程舞嘱萌 依裳幻脓骨好 蓟韧动筒冤腆 汰耳偷泼驴歉 燕希鸣拢滨搽 一褥督年社席 肛舰阴札搪晌 俱他舌翌猜乘 孺樊徐权榆絮 仁董拽承色撂 日碟狱绸皿揩 惕扶驼孺屿境 腻瑶贺行煎鸥 蔬扶披厘宝恋 颖惟拟庆跟卤 氮泅臭悬给酣 俱辐扣凳慧唱 袖字舵层浮鲜 肯石顾作遭天 妮雷小有拔趁 哟形釉颐早捧 筑凤色番撞葱 酵猿祷刘兰亥 裳趁崖隅囱褥 肖音畸锯晨镀 蔬馆驾冕童斧 绊卉悸宽要咯 涝仁灾站锯摊 捣撂摈策谚椅 舒挎粤耪划归 堡伪隔慰串抹 争销卞狠爽喜 反竣栋育斑俐 鄂满霸恳讣旋 谱脑迂橱鹤座 面儿阂 澈碾檄航森透拄咳 霖煽城菩妥蕴 潞可衡赣玛吓 蛔蛀盯醛迁恢 践吝刷泊轨颐 途赘蜀粥细毖 纶姐猪夷


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