集成运算放大器的分类与应用

集成运算放大器的分类与应用

摘 要：集成运算放大器在模拟电路中发挥的作用越来越重要，其应用已经延伸到汽车电子、通信电子产品、消费电子产品等各个领域，简单了解集成运放的分类及其一些常规的应用。

关键词：集成运算放大器；分类；应用

The classification of integrated operational amplifier with

applications

Abstract：In analogue circuit integrated operational amplifier play an increasingly important role, its application has been extended to automotive electronics, communication electronics products, consumer electronic products and other areas, simple to understand the classification and integrated amp some general application.

Key words：Integrated operational amplifier；classify；apply

引 言

集成运放最早应用于模拟计算机中,用以完成加法、减法等数学运算。随着集成技术的不断发展,现在集成运放的应用不再局限于信号的运算,而且也用于信号的变换、处理、产生等。

1. 集成运放的介绍

1.1集成运算放大器定义

定义：简称集成运放，是由多级直接耦合放大电路组成的高增益模拟集成电路[1]。 1.2集成运放特点

集成运放与外部电路连接成各种功能电路时,从系统角度来看,不必关心其复杂的内部结构,只需注意其外部特性。

集成运放如果参数满足开环电压放大倍数A =∞；输入电阻rid=∞；输出电阻r0=0等条件时,可视为理想集成运放。理想集成运放有以下特性[2] :(1)差模电压增益为无穷大；(2)具有无宽的频带；(3)共模电压增益为零；(4)输入失调电压、偏置电流、输入噪声电压和电流均为零；(5)输入阴抗为无限大；(6)输出阴抗为零。这些传输特性是我们分析和应用集成运放的基础。

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“集成运放”是采用半导体集成工艺制造的一种高增益、高输入阻抗、高共模抑

制比的多级直接祸合放大器。它通常至少具有万倍以上的放大倍数,兆欧级以上的输入电阻。其内部电路相当复杂,一般包含几十甚至上百的元器件,其中大部分是晶体管,还有少数电阻和个别小电容。这种器件在应用上又具有“傻瓜”的特点,即不必透彻了解其内部电路,只要“承认”它是一个高增益放大器,运用简单的计算规则即可组成你所需要的应用电路,且只须简单调试即可正常工作。

集成运放大多是一个三级的直接耦合放大器,能用于直流或交流放大。其内部结构如图所示。

图1 集成运放内部结构

输入级均采用差分放大,中间级一般为单管共射放大,输出级多采用互补推挽功放电路。因此,具有两个输入端和一个输出端。集成运放通常采用对称的正、负电源供电。

集成运放有如下图所示的两种表示符号,其中图为习惯表示法,图为新国标表示法。图中标以“a”的输入端称为“同相输入端”标以“b”的称为“反相输入端”。这种表示方法是为了说明输出信号与输入信号的极性对应关系,若自同相端加入相对反相端为正的信号,则输出信号一定为正值,反之则为负值。画电原理图时,正、负电源端可以省略。集成运放的常规封装形式有双列直插式塑封或陶瓷封装、金属圆壳封装、贴片封装等。按工作温度又可分为民品（0℃～70℃）、工业品（一25℃～ +85℃）、军品（一55℃～ +125℃）三个档次。

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图2 集成运放表示法

2集成运算放大器的分类

2.1 根据制造工艺分类

根据制造工艺分类，集成运算放大器可以分为标准硅工艺运算放大器、在标准硅工艺中加入了结型场效应管工艺的运算放大器、在标准硅工艺中加入了MOS工艺的运算放大器三种类型[3]：（1）标准硅工艺运算放大器标准硅工艺运算放大器的输入级采用的是NPN-PNP三极管，其特点是：开环输入阻抗低，输入噪声低、增益稍低、成本低，精度不太高，功耗较高。典型开环输入阻抗在1兆欧姆数量级，增益一般在80～110dB之间，温度漂移指标目前可以达到0.15ppm，典型器件的代表是LM324。（2）结型场效应管工艺运算放大器结型场效应管工艺运算放大器主要是将标准硅工艺的集成运算放大器的输入级改进为结型场效应管，大大提高运放的开环输入阻抗和转换速度，典型开环输入阻抗在1000兆欧姆数量级，典型器件的代表是TL084。（3）MOS场效应管工艺运算放大器MOS场效应管（或CMOS）工艺运算放大器又分为三种：输入级为MOS场效应管、全MOS场效应管、全MOS场效应管工艺的模拟数字混合运算放大器。其特点是：输入阻抗在1012欧姆数量级，输入失调电压可以达到0.01uV，温度漂移指标目前可以达到0.02ppm，功耗更低，精度更高，典型器件的代表是ICL7650。

2.2 按照功能和性能分类

按照功能或性能分类，集成运算放大器一般可分为通用运放、低功耗运放、精密运放、高输入阻抗运放、高速运放、宽带运放、高压运放，另外还有一些特一些特殊运放，例如程控运放、电流运放、电压跟随器等等[4]。

3 集成运算放大器的应用

3.1 集成运算放大器的一些常规应用 3.1.1 放大电路：

由集成运放可以组成同相放大器和反相放大器，对于交流信号则需采用隔直耦合电容，而放大直流信号则不需要隔直耦合电容[5]。放大电路的增益通常设计为100倍

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（40dB），放大倍数过高将会引起电路的振荡，因而想设计高增益的放大器，则可用两个等增益的运放或者多个等增益运放级联，比用一个运放的效果要好的多[6]。 3.1.2加法器、减法器：由集成运放可以组成加法器、减法器[7]。 3.1.3仪用放大器：

由于各种传感器输出的信号一般比较微弱，所以要用高精度的仪用放大器对微小电平的直流信号进行放大，仪用放大器由减法器拓扑而来的，利用了同相输入端高阻抗的优势[8]。

3.2 集成运算放大器的复杂应用

在UPS电源的控制线路中各种集成化的逻辑功能块的使用, 使得UPS电源的使用维护性能得到极大的提高[9]。而大批箱入失调电压及抽入偏置电流极低, 且具有内部补偿功能、频响特性更好的运算放大器的出现, 使得UPS电源控制线路的功能和控制性能,以及整机的运行维护性、工作可靠性得到极大的提高[10]。UPS作为一种高质量的不间断电源, 对通信、计算机、航空管理, 医学等社会生活领域起着极大的保障作用UPS设备的工作状况与故障的产生, 和控制回路有很大的关系集成运算放大器广泛运用于测量、比较、控制及报警各方面, 对UPS供电质量有很大的影响。 3.2.1全波整流器

UPS中的交流电压、电流信号的测量, 必须先经过全波整流器, 将交流信号变换为直流电压, 再进行测量, 其电路见下图。

图3 全波整流器

该电路工作情况是, 输入电压为正时,D1受反向偏置截止, 运放不起作用, 输入电压通过R1和R2, 传送到输出端, 当箱入电压为负时, 正向导通, 该电路为一反相放大器, 其增益由R1和R2确定。不论输入电压极性如何, 该电路输出总是正的。电流信号则由该输出经积分放大器得到其直流模拟量。

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3.2.2电压、电流信号的测量

由于交流电压、电流信号经全波整流器后变换成直流电压模拟盘。

结语

随着科学技术的进步和交叉学科研究的进展，集成运算技术在电子科技产业扮演越来越重要的作用，特别是集成电路。

参考文献：

[1] 赵军，集成运算放大器在中的应用[J] .大众科技，2007，7：11 [2]赵建中，寅英.集成运放及其应用[J] .内蒙古科技与经济，2002，7：105 [3]史正凤，集成运算放大器的虚短虚断概念及在线性运算中的应用开发研究与设计技术[J]，2006，5：1325

[4]赵建中，寅英.集成运放及其应用[J] .内蒙古科技与经济，2002，7：112 [5]赵军，集成运算放大器在中的应用[J] .大众科技，2007，7：31 [6]赵建中，寅英.集成运放及其应用[J] .内蒙古科技与经济，2002，7：58 [7]史正凤，集成运算放大器的虚短虚断概念及在线性运算中的应用开发研究与设计技术[J]，2006，5：1525

[8]赵建中，寅英.集成运放及其应用[J] .内蒙古科技与经济，2002，7：85 [9] 赵军，集成运算放大器在中的应用[J] .大众科技，2007，7：25 [10]寅英.集成运放及其应用[J] .内蒙古科技与经济，2002，6：87

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/dmld.html