運放基礎知識

2022-08-19 10:27:02 字數 2800 閱讀 8037

運放是整合運算放大器的簡稱,它是一種內部為直接耦合的高放大倍數的積體電路,其內部電路可由圖①的方框圖表示。

運放的電路符號如圖②所示,其中圖②(a)為正、負雙電源供電,圖②(b)為單電源供電,其封裝有金屬封裝(b-3型即禮帽式,大功率三極體to-3型)和塑料封裝(扁平封裝、雙列直插封裝、單列直插封裝)兩種形式,如圖④,其引腳通常為8腳、9腳,14腳、16腳等幾種。

根據積體電路封裝所包含的運放單元數量,可分為單運放,如tl081,lm318、ne5539等見圖3(a)(指塑封型別,下同);雙運放如tl082、lml58、ne5532、μpc4072/4等見圖3(b)(c);四運放如lm324、tl084、lf347等見圖3(d)。

運放的特點及其類別:

1.通用型這類運放無特殊要求,常在普通電路中使用,**也很低廉,比如μa741、lm324等。

2.微偏流(高阻)型這類運放的輸入阻抗極高,常以場效電晶體作為輸入級,其輸入偏流低到pa(10-12pa)級,比如ad549、opal28等。

3.低功耗型這類運放自身功耗極低,常以電池供電,其靜態耗電有的僅為20μa,比如op90g、lp324等。

4.高精度型這類運放的失調電壓及溫漂極小,具有很高的穩定性。對頻率特性要求不高,主要用於電子儀器中,比如op07、op177等。

5.低雜訊型這類運放的特點是雜訊電壓密度極低,已低至0.85nv/1khz.主要用於高階音響的前置級,比如ad829、lt1028就屬這類運放。

6.高速型這類運放主要用在高頻高頻寬的電子裝置中,通常採用電流負反饋方式,它的轉換速率很高,可達2000v/μs以上。比如lm318、el2030c、ad8001a就屬這一類運放。

7.電流型這類運放輸出電流大,常用在音訊功放及電機驅動電路中,比如tda2007、lml875、opa541等。就opa541來說,它輸出的最大電流可達10a,輸出功率達125w。

除此以外還有高壓型、程式控制型、跨導型等等,在此不一一介紹。

無論哪種運放都有兩個輸入端,即同相輸入端v+,反相輸入端v-,乙個輸出端uo。它的基本特性:當從同相端輸入訊號時,其輸出與輸入端訊號同相位,即同相放大;當從反相端輸入訊號時,其輸出與輸入端訊號相位相反,即反相放大。

當從同相輸入端和反相輸入端同時注入不同訊號時,輸出端輸出的訊號是它們的代數和,即差動放大。當同相輸入端和反相輸入端同時輸入同一訊號時,輸出端無訊號,這是因為正、反相放大器放大後的訊號由於相位相反,剛好抵消。

運放是一種通用電子器件,它的應用很廣,比如在放大、振盪、電壓比較,模擬運算、阻抗變換,有源濾波等電路中。但不管在哪種電路中應用,均是基於運放的三種基本放大電路:即同相放大器、反相放大器、差動放大器。

1.反相放大器

上圖是反相放大器電路,圖中,輸入電壓vi通過r1加到反相輸入端a,同相輸入端b接地。輸出電壓vo又通過反饋電阻rf反饋到反相輸入端a。通過計算得到:

輸出電壓為:vo=-vi(計算過程略) 。可見,反相放大器的輸出電壓vo與輸入電壓vi存在著比例關係且相位相反,故稱反相輸入比例運算放大器,簡稱反相放大器。

2.同相放大器

上圖是同相放大器電路,訊號電壓vi從同相輸入端b輸入,而輸出電壓vo通過電阻rf反饋到反相輸入端a處。通過計算得到:vo=(計算過程略)。

可見,同相放大器的放大倍數取決於電阻rf與r1的比值。輸出電壓vo與輸入電壓同相且有比例關係,比例常數是。故稱同相輸入比例運算電路,簡稱同相放大器。

3.減法器電路

上圖是運放構成的減法器電路,輸入訊號vi1通過電阻r1加到反相輸入端;輸入訊號vi2通過電阻r2加到同相輸入端,反饋電壓則由輸出端通過反饋電阻rf反饋到反相輸入端。在同相輸入端與「地」之間接有電阻r3.為了使整合運放兩輸入端的輸入電阻對稱,通常使r1=r2,r3=rf。

通過運算可得:vo=(vi1-vi2)

可見,輸出電壓正比於兩個輸入電壓之差。如果取rf=r1,則 vo=vi1-vi2 。這時,電路就成為減法器。

圖5是運放構成的加法器電路,它實際是運放構成的反相放大器。u1、u2是兩個相加電壓,uo則是電壓和, 當r1=r2=r3時,放大倍數a=1,r4為平衡電阻,用以提供適當偏流以防止放大器失調。

圖7是運放構成的比較器電路,它也是整動放大器的應用,當輸入電壓u1大於基準電壓e時,它的輸出端將有電壓輸出,所以它常用於伺服或保護電路中。

圖8是運放構成的阻抗變換器電路,它是運放構成的同相放大器,放大倍數a=1的特例。它輸出電壓與輸入電壓相等、相位相同,但它卻有極高的輸入阻抗和較低輸出阻抗,故也將它稱為電壓跟隨器。

圖9是運放構成的電壓放大器,其放大倍數由r2、r3共同決定,其中cl是訊號耦合電容,c2是高頻旁路電容,r1、r2為偏置電阻,r3為負反饋電阻。

圖10是運放構成的正弦波振盪器,r1、r2、c1、c2構成正反饋電路,r3、r4、r5構成負反饋電路,二極體d1、d2起穩定振幅的作用。

圖11是運放構成的二分頻電路,它實際是有源濾波器。在圖11中,icl等構成二階高通濾波器,ic2等構成二階低通濾波器,它能將前置放大器送來的音訊訊號分頻後,分別送入兩個功率放大器放大,然後分別推動高音和低音喇叭放音。

以上只是粗略介紹了運放的一些典型應用,實際上的應用還很多,在此不再一一舉例。

運放的主要引數有:工作電壓、靜態工作電流,訊雜比、電壓最大增益、功耗、輸入失調電壓、輸入失調電流、輸入阻抗、輸出阻抗、增益頻寬積及轉換速率等.下面僅解釋一下什麼是增益頻寬積與轉換速率。

所謂增益頻寬積是指運放開環電壓放大倍數a=1時,頻寬與放大倍數的乘積。對應的頻寬頻率用fc表示(因工作頻率公升高,運放的放大倍數降低),一般通用型可達1mhz,寬頻高速運放可達100mhz以上。所謂轉換速率是指在額定負載條件下,當輸入邊沿陡峭為大訊號時,運放輸出電壓的變化與所用時間比值,即輸出電壓變化率,用sr表示。

sr=u02-u01/t2-t1=△uo/△t,單位v/μs(伏/微秒),見圖4,它是反映運放對輸入訊號的反映速度。

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