以下內(nèi)容中,小編將對運算放大器的相關內(nèi)容進行著重介紹和闡述,希望本文能幫您增進對運算放大器的了解,和小編一起來看看吧。
一、運算放大器的工作原理
運算放大器(簡稱“運放”)是具有很高放大倍數(shù)的電路單元。在實際電路中,通常結(jié)合反饋網(wǎng)絡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。其輸出信號可以是輸入信號加、減或微分、積分等數(shù)學運算的結(jié)果。由于早期應用于模擬計算機中用以實現(xiàn)數(shù)學運算,因而得名“運算放大器”。
運放有兩個輸入端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,它相當于電路中的參考結(jié)點。)之間,且其實際方向從a 端高于公共端時,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(qū)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。
一般可將運放簡單地視為:具有一個信號輸出端口(Out)和同相、反相兩個高阻抗輸入端的高增益直接耦合電壓放大單元,因此可采用運放制作同相、反相及差分放大器。
運放的供電方式分雙電源供電與單電源供電兩種。對于雙電源供電運放,其輸出可在零電壓兩側(cè)變化,在差動輸入電壓為零時輸出也可置零。采用單電源供電的運放,輸出在電源與地之間的某一范圍變化。
運放的輸入電位通常要求高于負電源某一數(shù)值,而低于正電源某一數(shù)值。經(jīng)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(qū)間變化,甚至稍微高于正電源或稍微低于負電源也被允許。這種運放稱為軌到軌(rail-to-rail)輸入運算放大器。
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(huán)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。
二、運算放大器種類
1.通用型運算放大器
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(chǎn)品量大面廣,其性能指標能適合于一般性使用。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都屬于此種。它們是目前應用最為廣泛的集成運算放大器。
2.高阻型運算放大器
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(xiàn)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(yōu)點,但輸入失調(diào)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。
3.低溫漂型運算放大器
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(diào)電壓要小且不隨溫度的變化而變化。低溫漂型運算放大器就是為此而設計的。目前常用的高精度、低溫漂運算放大器有OP07、OP27、AD508及由MOSFET組成的斬波穩(wěn)零型低漂移器件ICL7650等。
4.高速型運算放大器
在快速A/D和D/A轉(zhuǎn)換器、視頻放大器中,要求集成運算放大器的轉(zhuǎn)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于高速應用的場合的。高速型運算放大器主要特點是具有高的轉(zhuǎn)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。
5.低功耗型運算放大器
由于電子電路集成化的最大優(yōu)點是能使復雜電路小型輕便,所以隨著便攜式儀器應用范圍的擴大,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(chǎn)品功耗已達μW級,例如ICL7600的供電電源為1.5V,功耗為10mW,可采用單節(jié)電池供電。
6.高壓大功率型運算放大器
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。
7.可編程控制運算放大器
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(shù).例如:有一運算放大器得放大倍數(shù)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(shù)為100.程控運放就是為了解決這一問題而產(chǎn)生得.例如PGA103A,通過控制1,2腳的電平來改變放大的倍數(shù).
最后,小編誠心感謝大家的閱讀。你們的每一次閱讀,對小編來說都是莫大的鼓勵和鼓舞。希望大家對運算放大器已經(jīng)具備了初步的認識,最后的最后,祝大家有個精彩的一天。