運(yùn)算放大器介紹

OP放大器 (Operational Amplifier)即運(yùn)算放大器 (簡(jiǎn)稱運(yùn)放”) 是具有很高放大倍數(shù)的電路單元。在實(shí)際電路中通常結(jié)合反饋網(wǎng)絡(luò)共同組成某種功能模塊。它是一種帶有特殊耦合電路及反饋的放大器。其輸出信號(hào)可以是輸入信號(hào)加、減或微分、積分等數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果。由于早期應(yīng)用于模擬計(jì)算機(jī)中，用以實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)運(yùn)算，故得名“運(yùn)算放大器”。運(yùn)放是一個(gè)從功能的角度命名的電路單元可以由分立的器件實(shí)現(xiàn)，也可以在半導(dǎo)體芯片當(dāng)中實(shí)現(xiàn)隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，大部分的運(yùn)放是以單芯片的形式存在。運(yùn)放的種類繁多，廣泛應(yīng)用于電子行業(yè)當(dāng)中。

一、運(yùn)放特點(diǎn)

1、開環(huán)放大公式:Vo=Avo(V+-V)

2、開環(huán)放大增益非常大105。

3、輸入阻抗非常大。(虛斷)

4、輸出阻抗非常小。

二、運(yùn)放工作電路特點(diǎn)

1、運(yùn)算電路中的集成運(yùn)放應(yīng)當(dāng)工作在線性區(qū)

2、電路中必須引入負(fù)反饋。且引入電壓負(fù)反饋

三、虛短和虛斷是分析運(yùn)算電路的基本出發(fā)點(diǎn)

1、兩個(gè)輸入端，輸入電壓和輸入電流均為零，相當(dāng)于輸入端是斷開的，所以稱之為虛斷

2、無論輸入電壓，還是輸出電壓，它的電位是相等的。相當(dāng)于短路的一樣，所以稱之為虛短。

四、運(yùn)算放大器的分類

通用運(yùn)算放大器:通用型運(yùn)算放大器就是以通用為目的而設(shè)計(jì)的。這類器件的主要特點(diǎn)是價(jià)格低廉、產(chǎn)品量大、涵蓋面廣，其性能指標(biāo)能適合于一般性使用。例如LM358 (雙運(yùn)放)、LM324 (四運(yùn)放)及以場(chǎng)效應(yīng)管為輸入級(jí)的LF356都屬于此種。它們是目前應(yīng)用最為廣泛的集成運(yùn)算放大器

精密運(yùn)放放大器:在精密儀器、弱信號(hào)檢測(cè)等自動(dòng)控制儀表中，希望運(yùn)放的失調(diào)電壓要小，且不隨溫度的變化而變化。底溫漂型運(yùn)放就是為此設(shè)計(jì)的。目前常用的低溫漂型運(yùn)放有OP07、OP27、OP37、AD508及MOSFET組成的斬波穩(wěn)零型低溫漂移器件ICL7650等

高速運(yùn)放放大器:在快速A/D和D/A轉(zhuǎn)換器、視頻放大器中，要求集成運(yùn)算放大器的轉(zhuǎn)換速率SR(也稱壓擺率)一定要高，單位增益帶寬BWG一定要足夠大，通用型集成運(yùn)放是不能適合于高速應(yīng)用的場(chǎng)合的。高速型運(yùn)算放大器主要特點(diǎn)是具有高的轉(zhuǎn)換速率和寬的頻率響應(yīng)。常見的運(yùn)放有LM318等，其SR=50~70V/us，BWG>20MHz

高阻型運(yùn)算放大器:這類集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn)是差模輸入阻抗非常高，輸入偏置電流非常小，一般R>1G~1T2，一般為幾皮安到幾十皮安。實(shí)現(xiàn)這些指標(biāo)的主要措施是利用場(chǎng)效應(yīng)管高輸入阻抗的特點(diǎn)，用場(chǎng)效應(yīng)管組成運(yùn)算放大器的差分輸入級(jí)。用FET作輸入級(jí)，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(yōu)點(diǎn)，但輸入失調(diào)電壓較大。常見的集成器件有LF355、LF347 (四運(yùn)放)及輸入阻抗更高的CA3130、CA3140等

低功耗型運(yùn)算放大器:由于電子電路集成化的最大優(yōu)點(diǎn)是能使復(fù)雜電路小型輕便，所以隨著便攜式儀器應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，就必須使用低電源電壓供電、低功率消耗的運(yùn)算放大器。常用的運(yùn)算放大器有TL-022C、TL060C等，其工作電壓為+2V+18V、消耗電流為5250uA。目前有的產(chǎn)品功耗已達(dá)uw級(jí)。

可編程控制運(yùn)算放大器:在儀器儀表的使用過程中都會(huì)涉及到量程的問題。為了得到固定電壓的輸出，就必須改變運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)。例如:一個(gè)運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)為10倍，輸入信號(hào)為1mv時(shí)，輸出電壓為10mv，當(dāng)輸入電壓為0.1mv時(shí)，輸出就只有1mv，為了得到10mv就必須改變放大倍數(shù)為100。程控運(yùn)放就是為了解決這一問題而產(chǎn)生的。

高壓大功率運(yùn)算放大器: 運(yùn)放的輸出電壓主要受供電電源的限制。在普通運(yùn)放中，輸出的電壓最大值一般僅有幾十伏，輸出電流僅幾十毫安，若要提高多輸出電壓或輸出電流，運(yùn)放外部必須要加輔助電路。高壓大功率運(yùn)放外部不需要附加任何電路，即可輸出高電壓和大電流。D41運(yùn)放的電源電壓可達(dá)+150V，uA791運(yùn)放的輸出電流可達(dá)1A。

五、設(shè)計(jì)和開發(fā)資源

https://www.ti.com.cn/zh-cn/amplifier-circuit/op-amps/audio/overview.html

六、反相比例運(yùn)算電路

七、T型網(wǎng)絡(luò)反相比人例運(yùn)算電路

案例:設(shè)計(jì)一個(gè)放大器，輸入阻抗是100K，放大倍數(shù)AV=80倍用于小信號(hào)放大。輸入輸出相位相反。

公式:

確定輸入電阻: Ri=R1=100K

確定R2與R4;R2=R4=100K

確定R3

因(R2+R4)/R1+ (R2R4/ R1R3)=80 所以R2R4/ R1R3=78 所以R3=1.282K 取值1.27K

R5=R1//{R2+(R3//R4)}=50.3K 取值51K

總結(jié)電路特點(diǎn)：

輸入阻抗可以設(shè)置得比較大。

用相對(duì)小的反饋電阻可以將增益設(shè)計(jì)得比較大反饋網(wǎng)絡(luò)電阻較小，抗千擾能力強(qiáng)

反饋網(wǎng)絡(luò)電阻較小，抗干擾能力強(qiáng)普通反饋電阻太大時(shí)，抗干擾能力就會(huì)越差，而且電感效應(yīng)越明顯

八、同相比例運(yùn)算電路

電壓跟隨器作用:

1、作為電路中的緩沖級(jí)

2、作為電路中的隔離級(jí)

3、提高電路的帶負(fù)載能力

在同相比例運(yùn)算電路中，若將輸出電壓全部反饋到反向輸入端，就構(gòu)成了電壓跟隨器。電路引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋，反饋系數(shù)為1。

U。= Ux = Up U,= Ui

反饋電阻:

1、當(dāng)信號(hào)源內(nèi)阻較大時(shí)候，添加一個(gè)與信號(hào)源內(nèi)阻相同反饋電阻，可以減少輸出失調(diào)電壓，提高精度。

2、當(dāng)電路發(fā)生阻塞時(shí)候，可以限制反饋電流，保護(hù)輸入端。

九、反相求和運(yùn)算電路 （Ui=Uo）

十、同相求和運(yùn)算電路

十一、加減運(yùn)算電路

十二、差分比例運(yùn)算電路

十三、積分運(yùn)算電路

解答問題1.當(dāng)輸入給它個(gè)信號(hào)的時(shí)候，這個(gè)信號(hào)給電容充電，說明有電流流過，那就證明這個(gè)反饋是存在的，當(dāng)電容一直能到負(fù)的VCC的時(shí)候，這個(gè)電容上面的電流就消失了。沒有電流之后，電容相當(dāng)于是個(gè)開路，開路時(shí)的開環(huán)放大倍數(shù)是無窮大的。所以輸出的電壓接近于電源電壓，這時(shí)運(yùn)放進(jìn)入飽和狀態(tài)

解答問題2.因?yàn)檫@個(gè)電路進(jìn)入飽和才需要增放這個(gè)反饋電阻。如果沒有反饋電阻的存在的話這個(gè)飽和就不會(huì)產(chǎn)生。反饋電阻加進(jìn)來對(duì)整個(gè)電有一定的影響的，如果這個(gè)電路工作在高頻狀態(tài)的話，這個(gè)電阻通常是不需要的。

積分運(yùn)算電路的作用：

1、可以將方波變換成三角波； 2、可以將正弦信號(hào)變成余弦信號(hào)

十四、同相積分運(yùn)算電路

十五、微分運(yùn)算電路