運(yùn)放的原理、參數(shù)及應(yīng)用

文章目錄

• 前言
• 一、運(yùn)放內(nèi)部電路原理?
• 二、運(yùn)放的參數(shù)和特性
• 1.輸入輸出特性曲線
• 2.主要參數(shù)
• 三、運(yùn)放常用應(yīng)用
• 1.加法器
• 2.減法器
• 3.讀書(shū)電路和指數(shù)電路
• 4.乘法器和除法器
• 5.乘方和開(kāi)平方根電路
• 6.積分電路
• 7.微分電路
• 8.PID電路

前言

電路設(shè)計(jì)時(shí)候總是需要運(yùn)算放大器，但是我一直不知道運(yùn)算放大器的選型參數(shù)，還有運(yùn)算放大器的原理。

比如：選算放大器的帶寬有什么作用?為什么要特意標(biāo)注出運(yùn)放的帶寬?

我們都知道晶體管可以制作放大電路，利用電流控制的三級(jí)管、又或是基于電壓控制的場(chǎng)效應(yīng)管。在利用晶體管制做放大電路時(shí)，我們需要根據(jù)不同的放大倍數(shù)改變電路中電阻及電容大小，這是非常不方便的，所以我們引入了反饋的概念，得出運(yùn)算放大器。

可得Y=AX/(FA+1),因?yàn)锳是通用放大器的增益，為無(wú)限大，所以可化簡(jiǎn)為Y=X/F，通過(guò)調(diào)節(jié)反饋系數(shù)F來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)增益，實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)算，所以稱為運(yùn)算放大器。

反饋系數(shù)F的調(diào)節(jié)相對(duì)于調(diào)節(jié)晶體管的外圍電路需要考慮的因素要少很多，基本只需要考慮電阻阻值大小，這是非常方便的!

一、運(yùn)放內(nèi)部電路原理?

運(yùn)放本質(zhì)上就是一堆晶體管組成的集成電路，會(huì)被封裝成芯片模樣，常見(jiàn)的有8腳或者14腳。

我們以LF411芯片為例子，看一下其內(nèi)部的電路結(jié)構(gòu)：

對(duì)該芯片內(nèi)部詳細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化后得下圖所示的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)圖：

1.首先是I1、J1、J2和Q3組成差分輸入級(jí)，J1和J2使得電路具有高輸入阻抗，恒流源I1提供靜態(tài)偏置電流，是恒流源偏置電路，具有高共模抑制比的效果。Q3為恒流源負(fù)載，提高核心放大器J2的電壓增益。

2.中間級(jí)放大：I2和Q5，是一個(gè)共射級(jí)放大電路，I2為恒流源負(fù)載，提高核心放大器Q5電壓增益。

3.D2、D3、Q8和Q9組成克服交越失真的互補(bǔ)推挽輸出級(jí)

多數(shù)運(yùn)放內(nèi)部的結(jié)構(gòu)框圖如下：

運(yùn)放簡(jiǎn)化原理圖：

當(dāng)V+>V-，則輸出端電壓接近于Vs+，反之Vout接近于Vs-。

下面是LM741運(yùn)放內(nèi)部結(jié)構(gòu)：

二、運(yùn)放的參數(shù)和特性

1.輸入輸出特性曲線

下圖為理想運(yùn)放的輸入輸出特性曲線：

運(yùn)放處于深度負(fù)反饋狀態(tài)，運(yùn)放工作在線性區(qū)域，有“虛短”和“虛斷”現(xiàn)象， 運(yùn)放加入正反饋，則工作在非線性工作區(qū)域，

2.主要參數(shù)

開(kāi)環(huán)電壓增益：一般很大，10萬(wàn)倍甚至100萬(wàn)倍

輸入失調(diào)電壓：一般很小，AD8065的輸入失調(diào)電壓為1.5mV

輸入偏置電流：MOSFET的運(yùn)放輸入偏置電流一般低于nA，如AD8065的輸入偏置電流為1pA

輸入失調(diào)電壓溫度漂移：

輸入失調(diào)電流的溫度漂移：

共模抑制比：AD8065:-100dB

壓擺率：100v/uS

建立時(shí)間：

單位增益帶寬(增益為0時(shí)候?qū)?yīng)的信號(hào)的工作頻段)：

-3dB增益帶寬：145MHz

三、運(yùn)放常用應(yīng)用

1.加法器

運(yùn)發(fā)的“虛短”和“虛斷”只出現(xiàn)在其線性工作區(qū)域，也就是引入負(fù)反饋?；诖丝梢灾圃旄鞣N運(yùn)算電路。

2.減法器

上圖就是一個(gè)加法器，下圖是減法器：

Vo=V1-V2

3.讀書(shū)電路和指數(shù)電路

對(duì)數(shù)電路：

指數(shù)電路：

4.乘法器和除法器

基于以上電路就可以得到乘法器和除法器：

5.乘方和開(kāi)平方根電路

乘方電路：

開(kāi)平方根電路：

6.積分電路

7.微分電路

8.PID電路