首页 > 编程知识 正文

运算放大器的工作原理(计算机网络放大器的作用,运算放大器)

时间:2023-05-05 13:19:37 阅读:122905 作者:2904

运算放大器(简称“运算放大器”)是具有高放大率的电路单元。 在实际电路中,通常与反馈网络联合构成某种功能模块。 具有特殊耦合电路和反馈的放大器。 所述输出信号可为输入信号的数学运算的结果,例如加法、减法或微分、积分等。 由于早期应用于模拟计算机实现了数学运算,因此得名“运算放大器”。 [1]

早期应用于模拟计算机,为了实现数学运算,命名为“运算放大器”。 运算放大器是从功能角度命名的电路单元,可以在单独的设备上实现,也可以在半导体芯片上实现。 随着半导体技术的发展,大部分的发货都以单芯片的形式存在。 运算放大器的种类很多,在电子行业被广泛使用。 [2]

中文名称

运算放大器

外语名称

操作应用程序

简称

出厂时的主要参数

共模抑制、增益带宽积等

属性

倍率高的电路单元

材质

晶体管

运算放大器概要

编辑

语音

运算放大器是包含多级放大电路的电子集成电路,其输入级为差动放大电路,具有较高的输入电阻和零点偏移抑制能力; 中间级主要进行电压放大,具有高电压放大率,一般由共面放大电路构成; 输出极与负载连接,具有负载能力高、低输出电阻的特点。 运算放大器的应用非常广泛。 [3]

运算放大器原理

编辑

语音

运算放大器如图所示有两个输入端子a (反相输入端子)、b (同相输入端子)以及一个输出端子o。 分别也被称为反相输入端非反相

运算放大器

输入端子和输出端子。 电压U-为a端子和公共端子(公共端子在电压为零这一点上,相当于电路内的基准节点。 )之间,且其实际方向从a端高于公共端时,输出电压u的实际方向是指公共端到o端。 也就是说,两者的方向正好相反。 将输入电压u施加在b端子和公共端子之间时,u和u的实际方向正好与公共端子相同。 为了区别,在a端子和b端子上分别标注“-”和“”的符号,但请勿将它们误认为电压基准方向的正负极性。 电压的正负极性请另行显示或用箭头表示。 反相放大器和非反相放大器如下图所示。 [2]

运算放大器

通常,运算放大器可以简单地被认为是具有与一个信号输出端口(Out )同相和反相两个高阻抗输入端的高增益直接耦合电压放大单元,从而可以使用运算放大器来制造同相、反相和差动放大器。 [2]

放电的供电方式分为二电源供电和一电源供电两种。 双电源运算放大器可以在零电压两侧改变输出,也可以在差动输入电压为零时将输出归零。 使用单电源供电的运算放大器时,输出在电源和接地之间的某个范围内发生变化。 [2]

运算放大器的输入电位通常必须高于有负电源的值,低于有正电源的值。 使用特殊设计的运算放大器,可以在负电源到正电源的整个区间内改变输入电位,即使比正电源稍高或比负电源稍低也是可以接受的。 该运算放大器被称为轨到轨输入运算放大器。 [2]

运算放大器的输出信号与两个输入端子的信号电压差成比例,音频段中有输出电压=A0(E1-E2 )。 其中,a0是运算放大器的低频开环增益(例如100dB,即100000倍),e1是同相端子的输入信号电压,e2是反相端子的输入信号电压。 [2]

运算放大器的分类

编辑

语音

根据集成运算放大器的参数进行分类,集成运算放大器可以分为以下几类。

运算放大器通用型

运算放大器通用型运算放大器的设计目的是为了通用。 这种器件的主要特点是价格低廉,产品量广,其性能指标适合一般使用。 例如A741 (单运行)、LM358 (双运行)、LM324 (四运行)、以及以场效应管为输入级的LF356就属于这种情况。 这些是目前应用最广泛的集成运算放大器。 [2]

运算放大器高电阻型

这种集成运算放大器的特点是差模输入阻抗非常高,输入偏置电流非常小,一般的rid1G~1T,IB为数皮安到数十皮安。 实现这些指标的主要措施是利用场效应晶体管的高输入阻抗特点,用场效应晶体管构成运算放大器的差动输入级。 使用FET作为输入级,不仅输入阻抗高、输入偏置电流低,而且具有高速、宽带、低噪声等优点,但输入偏移电压大。 常见的集成器件包括LF355、LF347 (四运算放大器)以及高输入阻抗CA3130、CA3140等。 [2]

运算放大器低温漂移型

精密设备和弱信号检测等自动控制设备中,一直希望运算放大器的偏置电压小,不随温度变化。 低温漂移型运算放大器是为此而设计的。 目前常用的高精度、低温漂移运算放大器有由OP07、OP27、AD508及MOSFET组成的斩波稳定型低漂移器件ICL7650等。 [2]

运算放大器高速型

在高速A/D和D/A转换器、视频放大器中,集成运算放大器的转换速率SR必须高,单位增益带宽BWG必须足够大,不适合通用型集成运算放大器那样的高速APP应用。 高速运算放大器的主要特点是具有高压摆率和宽的频率响应。 常见的运算放大器有LM318、A715等,SR=50~70V/us,BWG20MHz。 [2]

>

运算放大器低功耗型

运算放大器由于电子电路集成化的最大优点是能使复杂电路小型轻便,所以随着便携式仪器应用范围的扩大,必须使用低电源电压供电、低功率消耗的运算放大器相适用。常用的运算放大器有TL-022C、TL-060C等,其工作电压为±2V~±18V,消耗电流为50~250μA。目前有的产品功耗已达μW级,例如ICL7600的供电电源为1.5V,功耗为10mW,可采用单节电池供电。[2]

运算放大器高压大功率型

运算放大器的输出电压主要受供电电源的限制。在普通的运算放大器中,输出电压的最大值一般仅几十伏,输出电流仅几十毫安。若要提高输出电压或增大输出电流,集成运放外部必须要加辅助电路。高压大电流集成运算放大器外部不需附加任何电路,即可输出高电压和大电流。例如D41集成运放的电源电压可达±150V,μA791集成运放的输出电流可达1A。[2]

运算放大器可编程控制型

在仪器仪表得使用过程中都会涉及到量程得问题.为了得到固定电压得输出,就必须改变运算放大器得放大倍数.例如:有一运算放大器得放大倍数为10倍,输入信号为1mv时,输出电压为10mv,当输入电压为0.1mv时,输出就只有1mv,为了得到10mv就必须改变放大倍数为100。程控运放就是为了解决这一问题而产生的。例如PGA103A,通过控制1,2脚的电平来改变放大的倍数。[2]

运算放大器参数

编辑

语音

(1)共模输入电阻

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。[4]

(2)直流共模抑制

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。[4]

(3)交流共模抑制

CMRAC用于衡量运算放大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。[4]

(4)增益带宽积

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。[4]

(5)输入偏置电流

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。[4]

(6)偏置电流温漂

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。[4]

(7)输入失调电流

该参数是指流入两个输入端的电流之差。[4]

(8)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。[4]

(9)差模输入电阻

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。[4]

(10)输出阻抗

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。[4]

(11)输出电压摆幅

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。[4]

(12)功耗

运算放大器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。[4]

(13)电源抑制比

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。[4]

(14)转换速率

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。[4]

(15)电源电流

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。[4]

(16)单位增益带宽

该参数指开环增益大于1时运算放大器的最大工作频率。[4]

(17)输入失调电压

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。[4]

(18)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uV/°C为单位表示。[4]

(19)输入电容

CIN表示运算放大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)。[4]

(20)输入电压范围

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。[4]

(21)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。[4]

(22)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。[4]

(23)理想运算放大器参数

差模放大倍数、差模输入电阻、共模抑制比、上限频率均无穷大;输入失调电压及其温漂、输入失调电流及其温漂,以及噪声均为零。[4]

运算放大器型号命名

编辑

语音

运算放大器的国际统一型号命名法如下:型号由字母和阿拉伯数字两部分组成.字母在首部,采用CF两个字母,C表示符合国际标准,F表示线性放大器。其后部的阿拉伯数字表示运算放大器的类型。例如:通用运算放大器( F003、F007、F030)、高速运算放大器(F051B)、高精度运算放大器(F714)、高阻抗运算放大器(CF072)、低功耗运算放大器( F010)、双运算放大器(CF358)以及四运算放大器(CF324)等。其中最典型、最普及的为F007(国外型号为tLA741、t1PC741)和CF324(国外型号为LM324)。[5]

运算放大器集成运算放大器的选择和使用

编辑

语音

集成运算放大器类别、品种很多,应根据实际使用要求合理选择,规范使用。[5]

(1)尽量选用通用型集成运算放大器。当一个系统中使用多个运算放大器时,尽可能选用多运算放大器集成电路,例如LM324、LF347等都是将4个运算放大器封装在一起的集成电路。[5]

(2)实际选择集成运算放大器时,还要考虑信号源的性质(是电压源还是电流源)、负载的性质、集成运算放大器输出电压和电流是否满足要求、环境条件,集成运算放大器允许工作范围、工作电压范围、功耗与体积等因素是否满足要求。例如:对于放大音频、视频等交流信号的电路,选用转换速率大的运算放大器比较合适;对于处理微弱直流信号的电路,选用精度比较高的运算放大器比较合适(即失调电流、失调电压及温漂均比较小)。[5]

(3)使用前要了解集成运算放大器的类别及电参数,弄清楚封装形式、外引线排法、引脚接线、供电电压范围等。[5]

(4)消振网络应按要求接好,在能消振的前提下兼顾带宽。

(5)集成运算放大器是电子电路的核心,为了减少损坏,应采取适当的保护措施。[5]

词条图册

更多图册

参考资料

1.

故意的黑裤著.电路基础与产品制作:西北工业大学出版社,2016.08:第71页

2.

陈书旺,xqdyc,hcd主编.实用电子电路设计及应用实例:北京邮电大学出版社,2014.11:第45页

3.

《注册石油天然气工程师执业资格考试公共基础考试复习教程》编委会编.注册石油天然气工程师执业资格考试公共基础考试复习教程:天津大学出版社,2014.10:第592页

4.

cmdhn主编.模拟电子技术设计与实践教程:哈尔滨工程大学出版社,2014.03:第65页

5.

mndxl主编;落后的大船,崔霞副主编;安详的大叔主审.电路实验实训及仿真教程:东南大学出版社,2015.08:第93页

版权声明:该文观点仅代表作者本人。处理文章:请发送邮件至 三1五14八八95#扣扣.com 举报,一经查实,本站将立刻删除。