集成運算放大器是由多級直接耦合放大電路組成的高增益模擬集成電路

集成運算放大器（Integrated Operational Amplifier）簡稱集成運放，是由多級直接耦合放大電路組成的高增益模擬集成電路。

自從1964年美國仙童公司研制出第一個單片集成運算放大器μA702以來，集成運算放大器得到了廣泛的應(yīng)用，它已成為線性集成電路中品種和數(shù)量最多的一類。

國標統(tǒng)一命名法規(guī)定，集成運算放大器各個品種的型號有字母和阿拉伯數(shù)字兩大部分組成。字母在首部，統(tǒng)一采用CF兩個字母，C表示國標，F(xiàn)表示線性放大器，其后的數(shù)字表示集成運算放大器的類型。

它的增益高（可達60~180dB），輸入電阻大（幾十千歐至百萬兆歐），輸出電阻低（幾十歐），共模抑制比高（60~170dB），失調(diào)與飄移小，而且還具有輸入電壓為零時輸出電壓亦為零的特點，適用于正，負兩種極性信號的輸入和輸出。

模擬集成電路一般是由一塊厚約0.2~0.25mm的P型硅片制成，這種硅片是集成電路的基片?；峡梢宰龀霭袛?shù)十個或更多的BJT或FET、電阻和連接導(dǎo)線的電路。

運算放大器除具有+、-輸入端和輸出端外，還有+、-電源供電端、外接補償電路端、調(diào)零端、相位補償端、公共接地端及其他附加端等。它的閉環(huán)放大倍數(shù)取決于外接反饋電阻，這給使用帶來很大方便? 。

集成運算放大器是一種具有高電壓放大倍數(shù)的直接耦合放大器，主要由輸入、中間、輸出三部分組成。輸入部分是差動放大電路，有同相和反相兩個輸入端;前者的電壓變化和輸出端的電壓變化方向一致，后者則相反。中間部分提供高電壓放大倍數(shù)，經(jīng)輸出部分傳到負載。它的引出端子和功能如圖所示。其中調(diào)零端外接電位器，用來調(diào)節(jié)使輸入端對地電壓為零（或某一預(yù)定值）時，輸出端對地電壓也為零（或另一個預(yù)定值）。補償端外接電容器或阻容電路，以防止工作時產(chǎn)生自激振蕩（有些集成運算放大器不需要調(diào)零或補償）。供電電源通常接成對地為正或?qū)Φ貫樨摰男问?，而以地作為輸入、輸出和電源的公共端?/p>

表征集成運算放大器性能的參數(shù)有30多個，常用的有以下10種。

1、開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)：簡稱開環(huán)增益，表示運算放大器本身的放大能力。一般為50 000～200 000倍。

2、輸入失調(diào)電壓：表示靜態(tài)時輸出端電壓偏離預(yù)定值的程度。一般為2～10mV（折合到輸入端）。

3、單位增益帶寬：表示差模電壓放大倍數(shù)下降到1時的頻率。一般在1MHz左右。

4、轉(zhuǎn)換速率（又稱壓擺率）：表示運算放大器對突變信號的適應(yīng)能力。一般在0.5V/μs左右。

5、輸出電壓和電流：表示運放的輸出能力。一般輸出電壓峰值至峰值要比電源電壓低1～3V，短路電流在25mA左右。

6、靜態(tài)功耗：表示無信號條件下運放的耗電程度。當電源電壓為±15V時，靜態(tài)功耗雙極型晶體管一般為50～100mW，場效應(yīng)管一般為1mW。

7、輸入失調(diào)電壓溫度系數(shù)：表示溫度變化對失調(diào)電壓的影響。一般為3～5μV/℃（折合到輸入端）。

8、輸入偏置電流：表示輸入端向外界索取電流的程度。雙極型晶體管一般為80～500nA，場效應(yīng)管一般為1nA。

9、輸入失調(diào)電流：表示流經(jīng)兩個輸入端電流的差別。雙極型晶體管一般為20～200nA，場效應(yīng)管一般小于1nA。

10、共模抑制比：表示運放對差模信號的放大倍數(shù)和對共模信號放大倍數(shù)之比。一般為70～90dB? 。

按照集成運算放大器的參數(shù)分類

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(shè)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mA741（單運放）、LM358（雙運放）、LM324（四運放）及以場效應(yīng)管為輸入級的LF356 都屬于此種。它們是應(yīng)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》（109~1012）W，IIB 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(yīng)管高輸入阻抗的特點，用場效應(yīng)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LF356、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(shè)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(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(yīng)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(yīng)。常見的運放有LM318、mA715 等，其SR=50~70V/ms，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(fù)雜電路小型輕便，所以隨著便攜式儀器應(yīng)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50~250mA。有的功耗已達微瓦級，例如ICL7600 的供電電源為1.5V，功耗為10mW，可采用單節(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，uA791集成運放的輸出電流可達1A。

按外型的封裝樣式分類

扁平式（即SSOP）

封裝的芯片引腳之間距離很小，管腳很細，一般大規(guī)?；虺笮图呻娐范疾捎眠@種封裝形式，其引腳數(shù)一般在100個以上。用這種形式封裝的芯片必須采用SMD（表面安裝設(shè)備技術(shù)）將芯片與主板焊接起來。采用S MD安裝的芯片不必在主板上打孔，一般在主板表面上有設(shè)計好的相應(yīng)管腳的焊點。將芯片各腳對準相應(yīng)的焊點，即可實現(xiàn)與主板的焊接。用這種方法焊上去的芯片，如果不用專用工具是很難拆卸下來的。

PFP（Plastic Flat Package）方式封裝的芯片與QFP方式基本相同。唯一的區(qū)別是QFP一般為正方形，而PFP既可以是正方形，也可以是長方形。

扁平式

單列直插式（即SIP）

最適合焊接，DIY友的最愛，因為這種封裝的管腳很長，很適合DIY焊接，且比較堅固，不易損壞。

單列直插式

雙列直插式（即DIP）

應(yīng)用最廣泛、最多的封裝形式。

絕大多數(shù)中小規(guī)模集成電路（IC）均采用這種封裝形式，其引腳數(shù)一般不超過100個。采用DIP封裝的CPU芯片有兩排引腳，需要插入到具有DIP結(jié)構(gòu)的芯片插座上。當然，也可以直接插在有相同焊孔數(shù)和幾何排列的電路板上進行焊接。DIP封裝的芯片在從芯片插座上插拔時應(yīng)特別小心，以免損壞引腳。

使用DIP外型的以下好處：

1、適合在PCB（印刷電路板）上穿孔焊接，操作方便。

2、芯片面積與封裝面積之間的比值較大，故體積也較大。

Intel系列CPU中8088就采用這種封裝形式，緩存（Cache）和早期的內(nèi)存芯片也是這種封裝形式? 。

雙列直插式

1、集成運放的電源供給方式

集成運放有兩個電源接線端+VCC和-VEE，但有不同的電源供給方式。對于不同的電源供給方式，對輸入信號的要求是不同的。

（1）對稱雙電源供電方式

運算放大器多采用這種方式供電。相對于公共端（地）的正電源（+E）與負電源（-E）分別接于運放的+VCC和-VEE管腳上。在這種方式下，可把信號源直接接到運放的輸入腳上，而輸出電壓的振幅可達正負對稱電源電壓。

（2）單電源供電方式

單電源供電是將運放的-VEE管腳連接到地上。此時為了保證運放內(nèi)部單元電路具有合適的靜態(tài)工作點，在運放輸入端一定要加入一直流電位。此時運放的輸出是在某一直流電位基礎(chǔ)上隨輸入信號變化。對于交流放大器，靜態(tài)時，運算放大器的輸出電壓近似為VCC/2，為了隔離掉輸出中的直流成分接入電容C3。

2、集成運放的調(diào)零問題

由于集成運放的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流的影響，當運算放大器組成的線性電路輸入信號為零時，輸出往往不等于零。為了提高電路的運算精度，要求對失調(diào)電壓和失調(diào)電流造成的誤差進行補償，這就是運算放大器的調(diào)零。常用的調(diào)零方法有內(nèi)部調(diào)零和外部調(diào)零，而對于沒有內(nèi)部調(diào)零端子的集成運放，要采用外部調(diào)零方法。

應(yīng)從實際需要出發(fā)，不要盲目追求指標的先進性。

1、如無特殊要求，盡量選通用型和多運放;

2、要注意手冊中給出的參數(shù)是在某一個特定條件下得出的，如條件改變，有些參數(shù)也要隨著改變;

3、在實驗階段和工作環(huán)境復(fù)雜的場合，盡量選帶有過壓、過流、過熱保護的型號