运算放大器项目报告

1、运算放大器项目报告方宇佳13121710简介运算放大器（简称“运放”）是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。由于早期应用于模拟计算机中，用以实现数学运算，故得名“运算放大器”。运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。随着半导体技术的发展，大部分的运放是以单芯片的形式存在。运放的种类繁多，广泛应用于电子行业当中。特点1.通用型   这类集成运放具有价格低和应用范围广泛等特点。从客观上判断通用型集成运放，目前还没有明确的统一标准，习惯上认为，在不要求具有特殊的特性参数的情况下所

2、采用的集成运放为通用型。由于集成运放特性参数的指标在不断提高，现在的和过去的通用型集成运放的特性参数的标准并不相同。相对而言，在特性参数中具有某些优良特性的集成运放称之为特殊型或高性能型。由于各生产厂家或公司的分类方法不同，在这个厂定为特殊型的，而在另一个厂家可能定为通用型。且特殊型性能标准也在不断提高，过去定为特殊型的，现在可能定为通用型。下面介绍的方法只是作为大致的标准，在选用器件时，还是应该以特性参数值作为选择器件的标准。根据增益的高低可分为低增益（开环电压增益在6080dB）的通用I型。   2.低输入偏置电流、高输入阻抗型   在有些

3、应用场合，如小电流测量电路、高输入阻抗测量电路、积分器、光电探测器、电荷放大器等电路，要求集成运放具有很低的偏置电流和高的输入阻抗。场效应管型集成运放具有很低的输入偏置电流和很高的输入阻抗，其偏置电流一般为0.150pA，其输人阻抗一般为1010。高输人阻抗运放一般指输入阻抗不低于10M的器件。对于国外高输入阻抗运放，其输入阻抗均在1000C以上，如A740，；PC152，8007等。国内产品5G28的输入阻抗大于10G，F3103的输人阻抗达到10006。    3.低输入失调电压型   输入失调电压是造成直流放大电路零位输出的主要

4、原因之一。通常输入失调电压在1mV以下者为低输入失调电压型，一般为50V1mV。    4.高速型和宽频带型   高速型集成运放具有快速跟踪输入信号电压能力，常用摆率大小来衡量。一般摆率在5V/S以上者为高速集成运放，通常为570VS，高速集成运放的转换速率通常比通用型集成运放的转换速率高10100倍。高速型集成运放的主要产品有F715，F122，4E321，F318，A207等。其中，国产的F715的转换速率达到100Vs，F318的转换速率达到70s，国外的A207的转换速率达到500Vs，个别产品已达到1000V S。

5、   宽频带型集成运放是以最高工作频率来划分的。通常，在小信号条件下用单位增益带宽来衡量，在大信号条件下用全功率带宽或用摆率来衡量。宽频带型集成运放的增益带宽一般为几十兆赫兹。这类集成运放既能做直流放大器、低中频放大器，又能做高频放大器。 6高压型   工作电源电压越高，输出电压的动态范围越宽。一般电源电压在±20Ⅴ以上者称为高压型集成运放。采用场效应管作为输入级的集成运放，转换速率较高，其电源电压范围一般为±15±40V。最高的电源电压可达±150V，最大输出电压可达

6、77;145V，如BB公司生产的3580J即是此类集成运放的典型产品。国内高压运放有F1536，BG315，F143等。    7.低功耗型   一般集成运放的静态功耗在50mW以上，而低功耗型集成运放的静态功耗在5mW以下，在1mW以下者称为微功耗型。一般在便携式仪器或产品、航空航天仪器中应用。    8.高输出电流型和功率型   一般集成运放输出电流能力有限，通常在10mA以下。当输出电流在50mA以上者称为高输出电流型。输出电流在IA以上者通常称为功率型集成运放。大电流

7、集成运放实际上是一级电流放大器，此类集成运放的输出电流通常为±200±600mA，输出电阻约为1。电流放大器的典型应用是串接在通用型集成运放之后进行扩展。这类产品有F3401，MC3401，LM3900等。   9.低噪声型   在对微弱信号进行放大时，集成运放的噪声特性就是一项重要的特性参数。一般等效输入电压在2pV以下者为低噪声型。这类产品有F5037，XFC88等。    10.多元型   多元集成运放也叫复合集成运放，它是在一个芯片上同时集成2个或2个以上独

8、立的集成运放。主要产品有F747，F1437，F1537，F1558，F347，F4558，XFC80，BG320，56353等。  11单电源型  一般集成运放都是采用双电源工作的，若用单电源，则需在电路上采取分压的办法。双电源集成运放有正、负供电系统，必然增加设备的体积和重量，因此在某些场合需要单电源工作的运放，如航空航天及野外使用，对电源的体积、重量要求轻的电子设各。主要产品有F3140，F124，F158，F358，7XC348，SF324等。    12跨导型   这是利用输入电压来控制输出电流的集成运放

9、，跨导可以通过外加偏置的方法来改变，输出电流能够在很宽范围内变化。主要产品有F3401，MC3401，LM3900等。   13程控型   程控型集成运放能用外部电路控制其工作状态。这种集成运放当偏置电流值改变时，它的参数也将随着变化，使用灵活，特别适用于测量电路。 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

10、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

11、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

12、。 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

13、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。 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

14、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。图18 -43 是同相输入的反馈放大器电路。从输出端至反相输入端外加负反馈电阻Rf，输入电压从同相端输入。由于理想运算放大器的输入阻抗为无穷大，因此ia= 0 ，而a点的电位为  上式说明，只要AUD足够大，运算放大器输出电压与输入电压就成为简单的倍数关系，闭环增益只取决于电阻比  ，而与其他参数无关。图18-44 所示电路是反相输入的反馈放大器电路。从输出端至反相输入端外加负反馈电阻Rf，输入电压Ui从

15、反相端输入。由于i'a二0 ，所以ia =if ， 即 式中: Va-a 点电位。根据开环增益的表达式，得如果AUD 为无限大，而Uo是一个有限值，则必有Va >0 ，即a 点电位接近于地电位，此时式中的负号表示输出电压与输入电压相位相反。上式说明，只要AUD足够大，这个放大器的闭环增益就只决定于电阻Rf和R1的比值，而与其他参数无关。通过将负反馈电路引入运算放大器，可以很方便地设计出增益可以精确控制的放大器，而且增益与运算放大器的内部参数无关。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

16、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。常见的调零电路如图18-45 所示。在图18-45 (a) 中，电位器RP1接在内部输入差动放大级集电极，用改变集电极电压差的方法调整零点;也可以在集成运算放大器的输入端接上电位器RP2 ，让偏流流过RP2 ，有意造成两输入偏流不平衡，以此来实现调零。对于有些低漂移和输入电流很小的运算放大器飞可根据偏零点的极性在输入放大级的集电极井上一个高阻值电位器，使集电极电阻不平衡，而改变输入级的电位差，使输出为零，如图18-45 (b) 所示。如果一个集成运算放大器的输入失调电压U10过大，甚至无法调零，可以采用辅助调零电路

17、，如图18-46 所示。辅助调零电路采用引人电流帮助平衡，在图18-46 (a) 所示电路中由反相输入端引入电流，在图18-46 ( b) 所示电路中由同相输入端引入电流。这种辅助引人电流调零电路的优点是电路结构简单，适应性较广;缺点是将使电位器产生的温漂、噪声及电源波动引入运算放大器，使有些指标下降。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

18、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。为了防止阻塞，首先要防止输入级三极管饱和，这时可以采取三极管自动断开强信号或用二极管进行钳位的方法加以解决，具体的电路如图18-47 所示。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

19、来消除。集成运算放大器的相位补偿，可以通过在补偿引出线、输入端引出线和输出端引出线间外接适当的RC 网络来实现。主要有以下几种电路:(1)相位滞后补偿电路相位滞后补偿电路如图18-48 所示。其中CB为补偿电容，它可以使电路增益的附加相移增大，适合于对频带要求不高的场合。(2) 相位导前补偿电路相位导前补偿电路如图18-49 所示。CB为补偿电容，它可以使电路增益的附加相移减小。这种方法可以使频带增宽，但只在Rf/Rr值较大时才用。(3)综合补偿电路图18-50 所示电路为8FCI 集成运算放大器的综合补偿电路。输入电路中的R2 、C2为外接相位滞后的补偿元件;补偿引出线上的C1和内部电阻组成

20、相位导前补偿电路。这种综合补偿电路的增益为40dB ，其带宽可达20MHz 。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 12，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，如图18-51 所示。图中R3 用来稳定VT2 静态工作点， R1、R2 和RP1用来取得前置放大级输出电压的平衡。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。(1)扩大输出电流电路图18-52 所示电路是一个利用互补推挽输出的方式来扩大电流的电路。当Ui=0 时，Uo = 0 ，有电流流过Rb 、VD1 、VD2 和VT1、VT2 的基极回路，供给VT1、VT2偏流，使其工作在甲乙类放大状态，以减少交越失真。这个电路的缺点是它