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�(yùn)算放大器
閱讀�35889�(shí)間:2010-11-03 14:05:39

  �(yùn)算放大器的作用是�(diào)節(jié)和放大模擬信�(hào),它是用途十分廣泛的器件,接入適�(dāng)?shù)姆答伨W(wǎng)�(luò),可用作精密的交流和直流放大�、有�濾波�振蕩�及電�比較�。其�(yīng)用領(lǐng)域已�(jīng)延伸到汽�(chē)電子、通信、消�(fèi)等各�(gè)�(lǐng)�,并將在支持未來(lái)技�(shù)方面扮演重要角色�

�(fā)展史

  �(gè)使用真空管設(shè)�(jì)的放大器大約�1930年前後完�,這�(gè)放大器可以執(zhí)行加與減的工作�

  �(yùn)算放大器最早被�(shè)�(jì)出來(lái)的目的是用來(lái)�(jìn)行加、減、微�、積分的�(lèi)比數(shù)�(xué)�(yùn)�,因此稱為運(yùn)算放大器[1]。同�(shí)它也成為�(shí)�(xiàn)模擬�(jì)算機(jī)(analog computer)的基本建構(gòu)單元。然而,理想�(yùn)算放大器的在電路系統(tǒng)�(shè)�(jì)上的用途卻�(yuǎn)超過(guò)加減等的�(jì)�。今日的�(yùn)算放大器,無(wú)論是使用電晶體(transistor)或真空管(vacuum tube�、分立式(discrete)元件或積體電路(integrated circuits)元�,運(yùn)算放大器的效能都已經(jīng)逐漸接近理想�(yùn)算放大器的要�。最早期的運(yùn)算放大器是使用真空管�(shè)�(jì),現(xiàn)在則多半是積體電路式的元�,但是如果系�(tǒng)�(duì)於放大器的需求超出積體電路放大器的能力時(shí),也�(huì)利用分立式元件來(lái)�(shí)�(xiàn)這些特殊�(guī)格的�(yùn)算放大器�

  以DIP-8型式封裝的積體電路運(yùn)算放大器1960年代晚期,仙童半�(dǎo)體(Fairchild Semiconductor)推出了�(gè)被廣泛使用的積體電路�(yùn)算放大器,型�(hào)為μA709,設(shè)�(jì)者則是鮑伯·韋勒(Bob Widlar�。但�709很快地被隨後而來(lái)的新�(chǎn)品μA741取代�741有著更好的效�,更為穩(wěn)�,也更容易使用�741�(yùn)算放大器成了微電子工�(yè)�(fā)展歷史上一�(gè)的象�,歷�(jīng)了數(shù)十年的演�(jìn)仍然�(méi)有被取代,很多積體電路的制造商至今仍然在生�(chǎn)741,而且在元件的型號(hào)上一定會(huì)加上�741」以資區(qū)別。但事實(shí)上後�(lái)仍有很多效能�741更好的運(yùn)算放大器出現(xiàn),利用新的半�(dǎo)體元件,�1970年代的場(chǎng)效電晶體(FET)或�1980年代早期的金氧半�(chǎng)效電晶體(MOSFET)等。這些元件常常能直接使用在741的電路架�(gòu)中,而獲得更好的效能�

  通常�(yùn)算放大器的規(guī)格都�(huì)有嚴(yán)格的限制,而封裝和�(duì)電源供應(yīng)的需求也已經(jīng)�(biāo)�(zhǔn)�。通常只需要少量的外接元件(external devices),�(yùn)算放大器就能�(zhí)行各種不同的�(lèi)比訊�(hào)處理任務(wù)。在售價(jià)方面,雖然今日的�(biāo)�(zhǔn)型或是一般用途(general purpose)運(yùn)算放大器�?yàn)樾枨罅考爱a(chǎn)量皆大的緣故而跌至一元美金以�,但是特殊用途的�(yùn)算放大器售價(jià)仍然有可能是泛用型的一百倍以上�

種類(lèi)

  �(yùn)算放大器按參�(shù)可分為如下幾�(lèi)�

  1.通用型運(yùn)算放大器:就是以通用為目的而設(shè)�(jì)�。這類(lèi)器件的主要特�(diǎn)是價(jià)格低廉、產(chǎn)品量大面�,其性能指標(biāo)能適合于一般性使��

  2.低溫漂型運(yùn)算放大器:在精密儀�、弱信號(hào)檢測(cè)等自�(dòng)控制儀表中,總是希望�(yùn)算放大器的失�(diào)電壓要小且不隨溫度的變化而變化。低溫漂型運(yùn)算放大器就是為此而設(shè)�(jì)��

  3.高阻型�(yùn)算放大器:特�(diǎn)是差模輸入阻抗非常高,輸入偏置電流非常�,一般rid�1GΩ~1TΩ,IB為幾皮安到幾十皮�。實(shí)�(xiàn)這些指標(biāo)的主要措施是利用�(chǎng)效應(yīng)管高輸入阻抗的特�(diǎn),用場(chǎng)效應(yīng)管組成運(yùn)算放大器的差分輸入級(jí)�

  4.高速型�(yùn)算放大器:在快速A/D和D/A�(zhuǎn)換器、視頻放大器�,要求集成�(yùn)算放大器的轉(zhuǎn)換速率SR一定要�,單位增益帶寬BWG一定要足夠�,像通用型集成運(yùn)放是不能適合于高速應(yīng)用的�(chǎng)合的。高速型�(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�(yīng)�

  5.低功耗型�(yùn)算放大器:由于電子電路集成化的優(yōu)�(diǎn)是能使復(fù)雜電路小型輕�,所以隨著便攜式儀器應(yīng)用范圍的�(kuò)�,必須使用低電源電壓供�、低功率消耗的�(yùn)算放大器相適��

  6.高壓大功率型運(yùn)算放大器:運(yùn)算放大器的輸出電壓主要受供電電源的限�。在普通的�(yùn)算放大器�,輸出電壓的值一般僅幾十�,輸出電流僅幾十毫�。若要提高輸出電壓或增大輸出電流,集成�(yùn)放外部必須要加輔助電�。高壓大電流集成�(yùn)算放大器外部不需附加任何電路,即可輸出高電壓和大電��

  7.可編程控制運(yùn)算放大器:在儀器儀表得使用�(guò)程中都會(huì)涉及到量程得�(wèn)�.為了得到固定電壓得輸�,就必須改變運(yùn)算放大器得放大倍數(shù).

原理

  �(yùn)算放大器必須具備下列特性:�(wú)限大的輸入阻�、等于零的輸出阻�、無(wú)限大的開(kāi)回路增益、無(wú)限大的共模排斥比的部�、無(wú)限大的頻�。一�(gè)�(yùn)算放大器模組一般包括一�(gè)正輸入端(OP[_]P)、一�(gè)�(fù)輸入�(OP[_]N)和一�(gè)輸出�(OP[_]O)。通常使用�(yùn)算放大器�(shí),會(huì)將其輸出端與其反相輸入端連接,形成一�(fù)反饋組態(tài)。原因是�(yùn)算放大器的電壓增益非常大,范圍從�(shù)百至�(shù)�(wàn)倍不�,使用負(fù)反饋方可保證電路的穩(wěn)定運(yùn)�。但是這并不代表運(yùn)算放大器不能連接成正回饋,相反地,在很多需要產(chǎn)生震蕩訊�(hào)的系�(tǒng)�,正回饋組態(tài)的運(yùn)算放大器是很常見(jiàn)的組成元件�

特性參�(shù)

  理想�(yùn)放各�(xiàng)技�(shù)指標(biāo)具體如下�

  1.開(kāi)�(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod = ��

  2.輸入電阻Rid = ∞;輸出電阻Rod =0

  3.輸入偏置電流IB1=IB2=0�

  4.失�(diào)電壓UIO 、失�(diào)電流IIO 、失�(diào)電壓溫漂 、失�(diào)電流溫漂 均為零;

  5.共模抑制比CMRR = ��

  6�-3dB帶寬fH = ��

  7.無(wú)�(nèi)部干擾和噪聲�

  �(shí)際運(yùn)放的參數(shù)�(dá)到如下水平即可以按理想運(yùn)放對(duì)待:

  電壓放大倍數(shù)�(dá)�104�105�;輸入電阻達(dá)�105Ω;輸出電阻小于幾百歐�� 外電路中的電流遠(yuǎn)大于偏置電流;失�(diào)電壓、失�(diào)電流及其溫漂很小,造成電路的漂移在允許范圍之內(nèi),電路的�(wěn)定性符合要求即可;輸入最小信�(hào)�(shí),有一定信噪比,共模抑制比大于等于60dB;帶寬符合電路帶寬要求即��

�(yīng)�

  �(yùn)算放大器常見(jiàn)的應(yīng)用包括數(shù)字示波器和自�(dòng)�(cè)試裝置、視頻和圖像�(jì)算機(jī)板卡、醫(yī)療儀器、電視廣播設(shè)�、航行器用顯示器和航空運(yùn)輸控制系�(tǒng)、汽�(chē)傳感�、計(jì)算機(jī)工作站和�(wú)線基��

維庫(kù)電子�,電子知�(shí),一查百��

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