在學習運放選型前
，我們需要先來透測的學習運放電路的內部結構和原理
，對於我們來說運算放大器是模擬電路中十分重要的元件
，它能組成放大
、加法、減法、轉換等各種電路
，我們可以運用運放的“虛短”和“虛斷”來分析電路
，然後應用歐姆定律等電流電壓關係，即可得輸入輸出的放大關係等。

 

由於運放的電壓放大倍數很大，一般通用型運算放大器的開環電壓放大倍數都在80 dB以上。而運放的輸出電壓是有限的，一般在 10 V～14 V。因此運放的差模輸入電壓不足1 mV
，兩輸入端近似等電位，相當於“短路”。開環電壓放大倍數越大，兩輸入端的電位越接近相等。“虛短”是shi指zhi在zai分fen析xi運yun算suan放fang大da器qi處chu於yu線xian性xing狀zhuang態tai時shi

，可ke把ba兩liang輸shu入ru端duan視shi為wei等deng電dian位wei，這zhe一yi特te性xing稱cheng為wei虛xu假jia短duan路lu，簡jian稱cheng虛xu短duan。顯xian然ran不bu能neng將jiang兩liang輸shu入ru端duan真zhen正zheng短duan路lu。

 

由於運放的差模輸入電阻很大，一般通用型運算放大器的輸入電阻都在1MΩ以上。因此流入運放輸入端的電流往往不足1uA，遠小於輸入端外電路的電流。故通常可把運放的兩輸入端視為開路
，且輸入電阻越大，兩輸入端越接近開路。“虛斷”是指在分析運放處於線性狀態時
，可以把兩輸入端視為等效開路
，這一特性稱為虛假開路，簡稱虛斷。顯然不能將兩輸入端真正斷路。

 

下麵本文用虛斷和虛斷方法來對實際的電路進行分析，如圖1-1所示
，是常見的反相比例運算放大電路：

 

圖1-1.方向比例運算放大電路
 

在反相放大電路中，信號電壓通過電阻R1加至運放的反相輸入端
，輸出電壓Vo通過反饋電阻Rf反饋到運放的反相輸入端
，構成電壓並聯負反饋放大電路。

 

運放的同相端接地=0V
，反相端和同相端虛短，所以也是0V，反相輸入端輸入電阻很高，虛斷，幾乎沒有電流注入和流出
，那麼R1和Rf相當於是串聯的，流過一個串聯電路中的每一隻組件的電流是相同的，即流過R1的電流和流過Rf的電流是相同的。

 

 

Is= (Vs- V-)/R1……......…（1）

 

If= (V- - Vo)/Rf……...........（2）

 

V- = V+ = 0 ……......………（3）

 

Is= If ……………......………（4）

 

求解後可能Vo== (-Rf/R1)*Vi

 

在zai分fen析xi電dian路lu的de過guo程cheng中zhong，暫zan時shi不bu用yong管guan運yun放fang的de其qi他ta特te性xing
，就jiu根gen據ju虛xu短duan和he虛xu斷duan的de特te性xing來lai分fen析xi。當dang然ran，若ruo運yun放fang不bu工gong作zuo在zai放fang大da區qu時shi，不bu滿man足zu虛xu短duan和he虛xu斷duan發fa條tiao件jian
，不bu能neng使shi用yong此ci種zhong方fang法fa來lai分fen析xi，如ru比bi較jiao器qi。

 

如下圖1-2，是運放實現的加法器，用虛短和虛斷的方法來分析此電路。

 

圖1-2.運放實現的加法器
 

由於電路存在虛短，運放的淨輸入電壓vI=0
，反相端為虛地。

 

vI=0，vN=0…………………............................（5）

 

反相端輸入電流iI=0的概念，通過R2與R1的電流之和等於通過Rf的電流故

 

(Vs1 – V-)/R1 + (Vs2 – V-)/R2 = (V- –Vo)/Rf....（6）

 

如果取R1=R2=R3
，由a
，b兩式解得

 

-Vout=Vs1+Vs………..................................……（7）

 

式（7）中負號為反相輸入所致
，若再接一級反相電路，可消去負號。

 

簡言之，虛短是運放正輸入端和負輸入端的電壓相等
，近似短路；虛斷是流入正負輸入端的電流為0。隻要掌握了這一點
，再運用歐姆定律，即可很容易的分析同相比例放大電路
，反向比例放大電路等常用的運放放大電路。

 

 

下麵分類介紹什麼情況下選擇什麼樣的運放。

 

 

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、產品量大麵廣,其性能指標能適合於一般性使用。例mA741(單運放)、LM358(雙運放)
、LM324(四運放)，它們是目前應用最為廣泛的集成運算放大器。

 

 

精密運算放大器一般指失調電壓低於1mV的運放，對於直流輸入信號，輸入失調電壓(VOS)和(he)它(ta)的(de)溫(wen)漂(piao)小(xiao)就(jiu)行(xing)，但(dan)對(dui)於(yu)交(jiao)流(liu)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)，我(wo)們(men)還(hai)必(bi)須(xu)考(kao)慮(lv)運(yun)放(fang)的(de)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)噪(zao)聲(sheng)和(he)輸(shu)入(ru)電(dian)流(liu)噪(zao)聲(sheng)，在(zai)很(hen)多(duo)應(ying)用(yong)情(qing)況(kuang)下(xia)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)噪(zao)聲(sheng)和(he)輸(shu)入(ru)電(dian)流(liu)噪(zao)聲(sheng)顯(xian)得(de)更(geng)為(wei)重(zhong)要(yao)一(yi)些(xie)。在(zai)傳(chuan)感(gan)器(qi)類(lei)型(xing)和(he)(或)其使用環境帶來許多特別要求時，例如超低功耗
、低噪聲、零漂移、軌到軌輸入及輸出、可靠的熱穩定性和對數以千計讀數和(或)在(zai)惡(e)劣(lie)工(gong)作(zuo)條(tiao)件(jian)下(xia)提(ti)供(gong)一(yi)致(zhi)性(xing)能(neng)的(de)可(ke)再(zai)現(xian)性(xing)
，運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)的(de)選(xuan)擇(ze)就(jiu)會(hui)變(bian)得(de)特(te)別(bie)困(kun)難(nan)。精(jing)密(mi)放(fang)大(da)電(dian)路(lu)會(hui)多(duo)一(yi)些(xie)電(dian)源(yuan)去(qu)耦(ou)
，濾(lv)波(bo)等(deng)特(te)殊(shu)設(she)計(ji)的(de)電(dian)路(lu)。主(zhu)要(yao)區(qu)別(bie)在(zai)於(yu)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)上(shang)，精(jing)密(mi)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)的(de)性(xing)能(neng)比(bi)一(yi)般(ban)運(yun)放(fang)好(hao)很(hen)多(duo)，比(bi)如(ru)開(kai)環(huan)放(fang)大(da)倍(bei)數(shu)更(geng)大(da)，CMRR更大，速度比較慢
，GBW，SRyibanbijiaoxiao。shitiaodianyahuoshitiaodianliubijiaoxiao，wendupiaoyixiao，zaoshengdidengdeng。haodejingmiyunfangdexingnengyuanbushiyibanyunsuanfangdaqikeyibide，yibanyunfangdeshitiaowangwangshijigemV
，而精密運放可以小到1uVdeshuiping。yaofangdaweixiaodexinhao，bixuyongjingmiyunfang，yongleyibandeyunfang
，tazishendouhuidairuhendadeganrao。yaotongguowaiweidianlugaishan
，xiaofuhuozheweitiaokeyi
，danwufadafuduhuozhechedigaibian。zuichangyongdejingmiyunfangjiushiOP07，以及它的家族，OP27

，OP37

，OP177
，OPA2333。其他的還有很多，比如美國AD公司的產品
，很多都是OPA帶頭的。

 

 

 

高阻型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>(109~1012)W,IIB為幾皮安到幾十皮安。實現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、寬帶和低噪聲等優點,但輸入失調電壓較大。常見的集成器件有LF356、LF355
、LF347(四運放)及更高輸入阻抗的CA3130、CA3140等。

 

 

在精密儀器
、弱信號檢測等自動控製儀表中,總是希望運算放大器的失調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。常用的高精度
、低溫漂運算放大器有OP-07、OP-27、AD508及由MOSFET組成的斬波穩零型低漂移器件ICL7650等。

 

 

高速型運放在快速A/D和D/A轉換器、視頻放大器中,要求集成運算放大器的轉換速率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於高速應用的場合的。高速型運算放大器主要特點是具有高的轉換速率和寬的頻率響應。常見的運放有LM318、mA715等,其SR=50~70V/us,BWG>20MHz。

 

 

低功耗型運放由於電子電路集成化的最大優點是能使複雜電路小型輕便,所以隨著便攜運算放大器式儀器應用範圍的擴大,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50~250mA。目前有的產品功耗已達微瓦級,例如ICL7600的供電電源為1.5V,功耗為10mW,可采用單節電池供電。

 

 

 

高壓大功率型運算放大器的輸出電壓主要受供電電源的限製。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,mA791集成運放的輸出電流可達1A。

 

相信通過上麵的介紹，對不同使用條件下是否能使用同一種運放，顯然是比較清楚的，實際選擇集成運放時,還應考慮其他因素。例如信號源的性質,是電壓源還是電流源;負載的性質,集成運放輸出電壓和電流的是否滿足要求;環境條件,集成運放允許工作範圍、工作電壓範圍
、功耗與體積等因素是否滿足要求。

 

最後再贈送大家一些評價運放的小經驗
，評價集成運放性能的優劣,應看其綜合性能。SR為轉換率,單位為V/ms,其值越大,表明運放的交流特性越好;Iib為運放的輸入偏置電流,單位是nA;VOS為輸入失調電壓,單位是mV。Iib和VOS值越小,表明運放的直流特性越好。所以,對於放大音頻、視頻等交流信號的電路,選SR(轉換速率)大的運放比較合適;對於處理微弱的直流信號的電路,選用精度比較的高的運放比較合適(既失調電流、失調電壓及溫飄均比較小)。在沒有特殊要求的場合,盡量選用通用型集成運放,這樣既可降低成本,又容易保證貨源。當一個係統中使用多個運放時,盡可能選用多運放集成電路,例如LM324、LF347等都是將四個運放封裝在一起的集成電路。



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