原创 放大器

一：运算放大器的分类
目前广泛应用的电压型集成运算放大器是一种高放大倍数的直接耦合放大器。在该集成电路的输入与输出之间接入不同的反馈网络,可实现不同用途的电路,例如利用集成运算放大器可非常方便的完成信号放大、信号运算（加、减、乘、除、对数、反对数、平方、开方等）、信号的处理（滤波、调制）以及波形的产生和变换。集成运算放大器的种类非常多,可适用于不同的场合。

按照集成运算放大器的参数来分,集成运算放大器可分为如下几类。

1．通用型运算放大器

通用型运算放大器就是以通用为目的而设计的。这类器件的主要特点是价格低廉、产品量大面广,其性能指标能适合于一般性使用。例mA741（单运放）、 LM358（双运放）、LM324（四运放）及以场效应管为输入级的LF356都属于此种。它们是目前应用最为广泛的集成运算放大器。

2．高阻型运算放大器

这类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rid＞（109~1012）W,IIB为几皮安到几十皮安。实现这些指标的主要措施是利用场效应管高输入阻抗的特点,用场效应管组成运算放大器的差分输入级。用FET作输入级,不仅输入阻抗高, 输入偏置电流低,而且具有高速、宽带和低噪声等优点,但输入失调电压较大。常见的集成器件有LF356、LF355、LF347（四运放）及更高输入阻抗的CA3130、CA3140等。

3．低温漂型运算放大器

在精密仪器、弱信号检测等自动控制仪表中,总是希望运算放大器的失调电压要小且不随温度的变化而变化。低温漂型运算放大器就是为此而设计的。目前常用的高精度、低温漂运算放大器有OP-07、OP-27、 AD508及由MOSFET组成的斩波稳零型低漂移器件ICL7650等。

4．高速型运算放大器

在快速A/D和D/A转换器、视频放大器中,要求集成运算放大器的转换速率SR一定要高,单位增益带宽BWG一定要足够大,像通用型集成运放是不能适合于高速应用的场合的。高速型运算放大器主要特点是具有高的转换速率和宽的频率响应。常见的运放有LM318、mA715等,其SR=50~70V/ms,BWG＞20MHz。

5．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50~250mA。目前有的产品功耗已达微瓦级,例如ICL7600的供电电源为1.5V,功耗为10mW,可采用单节电池供电。

6．高压大功率型运算放大器

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,mA791集成运放的输出电流可达1A。
二：运算放大器的结构


上面就是结构图，其实作为一个应用电路的使用者，没有必要深究它的内部结构是什么样的，只要知道大概就可以了。然后再掌握些二极管、三极管，场效应管的用途和原理。最重要的是分析方法。值得注意的是：集成运算放大器一般不使用在高频的情况。以后有时间再分析下功率放大器，仪表放大器等。下面简要说一下内部结构。
（1） 输入级的作用有效的抑制温度漂移；中间级的作用是提供足够大的的电压放大倍数；输出级的作用是提供一定幅度的电压变化和电流变化，以推动负载工作。偏置电路时向各级提供合适的静态工作电流。
（2） 差分放大输入级是用两只同型号，同性能的三极管；有两输出端和两输入端（可以只用一个）。
（3） 差模信号：若在两个输入端同时输入一个大小相等，极性相反的信号。
共模信号：若两个输入端同时输入一个大小相等，极性也相同的信号。
可以认为，差模信号反映了有效信号，而共模信号反映了由于温度变化等原因而产生的漂移信号或者其他干扰信号。

三：运算放大器的分析方法
注意：它是一种放大倍数很高的放大器，内部电路全部采用直接耦合电路，所以这种电路可以放大直流信号。运算放大器一般不工作在开环状态，因为放大倍数接近于无穷大，不利于使用者控制电路。所以一般都要加个反馈。

分析方法关键掌握三个要点：
（1）虚短：由于放大倍数很高，所以(u+)-(u-)=0，推出两输入端虚短。
（2）虚地：在反相输入时，同相输入端接地，即，同相端根据上面分析也相当于接地。
（3）虚断：由于运算放大器开环输入电阻很高，即，两端输入电流几乎等于零。如同两端电路断开一样。
注：“续断”任何情况都适用。
四：反馈电路
1：反馈种类
反馈信号的出发点决定：电压反馈，电流反馈。
反馈信号的终点决定：   并联反馈，串联反馈。
2：判断反馈电路的一般步骤

（1）根据输出输入之间有无实质性的连接判断电路有无反馈

（2） 反馈网络存在于直流通路则为直流反馈；存在于交流通路则反馈为交流反馈；交流、直流通路均存在的反馈为交直流反馈

（3）用输出短路法判断是电压反馈还是电流反馈

（4） 根据输入求和方式判断是串联反馈还是并联反馈

（5） 用瞬时极性法判断是正反馈还是负反馈

输出短路法：

    从输出端看，假设负载短路（R_L=0），使输出电压u_o=0，看反馈信号是否还存在：

    若反馈信号不存在了，则说明反馈信号与输出电压成比例，是电压反馈；

    若存在，则说明反馈信号不是与输出电压成比例，而是和输出电流成比例，是电流反馈。

输入求和方法：

    从输入端看，输入信号与反馈信号的求和方式是电压求和还是电流求和：

    若输入信号与反馈信号的求和方式是电压求和则为串联反馈；

    若输入信号与反馈信号的求和方式是电流求和则为并联反馈。

瞬时极性法：

?  规定输入信号在某一时刻对地的极性，并以此为依据，逐级判断电路中各相关点电流的流向和电位的极性，从而得到输出信号的极性；根据输出信号的极性判断出反馈信号的极性；若反馈信号使基本放大电路的净输入信号增强，则说明引入正反馈；若反馈信号使基本放大电路的净输入信号削弱，则说明引入了负反馈。

注意：

 （1）反馈分析的是交流信号变化，不要与直流信号混淆。

 （2）当为交流反馈时，瞬时极性法所判断的是相位的关系。电路中两个信号的相位不是同相就是反相。

五：运算放大器的作用的总结性概括。
1  常见运算放大器的作用包括：比例运放，加减运放，微积分运放。
把握关键：（1）放大倍数关键看反馈部分。
（2）比例运放的叠加构成加减运放。
（3）微积分运放的关键看反馈部分。
2  有源滤波电路（选频电路）包括：高通，低通，带通，带阻。
把握关键： （1） 输入信号 ui 都在同相输入端
（2） RC网络都在输入端。这是区分微积分运放的关键。因为有源滤波电路的电容C在输    入端，微积分运放的电容C在反馈部分。
3  电压比较器包括：过零比较器，任意电平比较器，滞回比较器（施密特触发器）
把握关键：比较器的关键是它没有负反馈。一般是：（1）开环的状态下是非滞回比较器
（2）正反馈的状态下是滞回比较器
  4  注意：“虚断”适用任何情况。
“虚短”适用于有负反馈的情况。