高速运算放大器的结构
运算放大器构造及原理
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点击进入万联芯城点击进入万联芯城运算放大器的工作原理放大器的作用： 1、能把输入讯号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。
用在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中。
原理:高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。
高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。
按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。
高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出在“低频电子线路”课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同，运算放大器原理运算放大器（Operational Amplifier,简称OP、OPA、OPAMP）是一种直流耦合﹐差模（差动模式）输入、通常为单端输出（Differential-in, single-ended output）的高增益（gain）电压放大器，因为刚开始主要用于加法，乘法等运算电路中，因而得名。
一个理想的运算放大器必须具备下列特性：无限大的输入阻抗、等于零的输出阻抗、无限大的开回路增益、无限大的共模排斥比的部分、无限大的频宽。
最基本的运算放大器如图1-1。
一个运算放大器模组一般包括一个正输入端(OP_P)、一个负输入端(OP_N)和一个输出端(OP_O)。
图1-1 通常使用运算放大器时，会将其输出端与其反相输入端（inverting input node）连接，形成一负反馈（negative feedback）组态。
运算放大器的分类
运算放大器的分类
运算放大器可以根据其内部电路结构和应用领域来分类，主要分为以下几种：
1. 基本型运算放大器：传统的运算放大器，内部由一个差分放大器和一个级联缓冲器组成，用于放大、滤波、积分、微分等基本电路。
2. 差分型运算放大器：内部电路结构和基本型类似，但增益更高，具有更高的共模抑制比和更低的失调电压。
3. 仪器放大器：专用于测量和检测的放大器，具有高共模抑制比、高精度、低噪音等特点。
4. 高速运算放大器：适用于高速信号处理，具有更高的带宽和更快的响应速度。
5. 低功耗运算放大器：适用于低功率应用，具有低静态电流、低供电电压等特点。
6. 压限放大器：用于对信号进行压限，可保护信号处理电路免受过大电压的损害。
7. 电流型运算放大器：通过输入电流控制输出电压，适用于电流驱动应用。
8. 隔离型运算放大器：可实现输入端和输出端的电气隔离，适用于对输入信号进行隔离和放大的应用。
采用折叠式共源共栅结构实现高速CMOS全差分运算放大器的设计
采用折叠式共源共栅结构实现高速CMOS全差分运算放大器的设计“随着数／模转换器（DAC）、模／数转换器（ADC）的广泛应用，高速运算放大器作为其 部件受到越来越广泛的关注和研究。
速度和 是模拟集成电路的2个重要指标，然而速度的提高取决于运放的单位增益带宽及单极点特性并相互制约，而 则与运放的直流增益密切相关。
在实际应用中需要针对运放的特点对这2个指标要进行折衷考虑。
1运放结构与选择根据需要，本文设计运算放大器需要在较低的电压下能有大的转换速率、快的建立时间，同时要折衷考虑增益与频率特性及共模抑制比（CMRR）和电源抑制比（PSRR）等性能。
常见的用于主运放设计的结构大致可分3种：两级式（TwoStage）结构、套简式共源共栅（TelescopicCascode）结构及折叠式共源共栅（FoldCascode）结构。
两级式结构的第1级可提供高的直流增益，而第2级提供大的输出摆幅。
但由于第2级电流很大，故使得运放功耗大大增加，同时由于级联而多产生一个非主极点，速度及带宽都有所降低，需进行频率补偿，这样不仅增加的设计复杂度还会大大影响运放的速度；套简式共源共栅结构由于只有2条支路，功耗为三者 ，频率特性 ，但由于需要层叠多级管子，导致输出摆幅很低，在低电压工作下很难正常工作，并且输入输出端不能短接；而折叠式共源共栅结构的各参数特性介于前两者之间，增益基本与套简式共源共栅相同而低于两级运放，虽为4条支路，功耗及频率特性均远好于两级运放，输出摆幅大于套筒式共源共栅结构，输入输出可以短接且输入共模电平更容易选取并可接近电源供给的一端电压。
经综合考虑，本设计采用折叠式共源共栅结构作为主运放。
2主运放分析2．1全差分折叠式共源共栅全差分运放即指输入和输出都是差分信号的运放，其优点为能提供更低的噪声，较大的输出电压摆幅和共模抑制比，可较好地抑制谐波失真的偶数阶项等。
虽然NMOS管中载流子迁移率较大，作为输入器件可达到更高的增益，但付出的代价是折叠点上的极点更低而导致相位裕度下降且噪声更大。
op07工作原理
op07工作原理op07是一种经典的运算放大器，广泛应用于模拟电路中。
它具有高精度、低噪声等优点，被广泛用于信号处理、测试和测量等领域。
本文将深入探讨op07的工作原理，包括其内部组成、电路配置和相关特性等方面。
一、op07的基本结构和内部组成op07的基本结构由差动对输入、单端输出和内部电流源组成。
它通常采用双极性电源供电，输入端和输出端均具有高输入阻抗和低输出阻抗。
1. 差动对输入op07的差动对输入由两个输入引脚组成，分别为正输入引脚（non-inverting input）和负输入引脚（inverting input）。
它们之间的电压差将决定op07的输出结果。
2. 单端输出op07的单端输出引脚通常被连接到负反馈电阻，并通过这个电阻将输出信号反馈到负输入端。
这种负反馈电路可以提高op07的性能。
3. 内部电流源op07内部集成了多个电流源，这些电流源能够为输入差分级提供恒定的电流。
二、op07的电路配置op07可使用多种电路配置来实现不同的增益和功能特性。
其中，最基本的配置方式为反馈型非反转放大器。
1. 反馈型非反转放大器这种配置方式将输入信号加在非反转输入引脚上，并通过负反馈电阻将输出信号反馈到反转输入引脚上。
这种配置方式不仅能够提高增益和稳定性，还能抑制输出的偏置电压。
2. 带有输入保护电阻的配置为了保护op07免受过大的输入电压引起的损坏，通常会在输入引脚和差动对输入之间添加输入保护电阻。
这些电阻能够限制输入电流，并提供过压保护功能。
3. 可编程增益配置op07还可以通过选择不同的反馈元件来实现可编程增益功能。
采用可变电阻或开关来调整反馈电阻的数值，进而改变放大器的增益。
三、op07的特性和应用op07具有许多优点，使其成为模拟电路中应用广泛的运算放大器之一。
1. 高精度op07的输入偏置电流和输入偏置电压非常低，输出电阻也很小，从而保证了高精度的放大效果。
它还具有很好的共模抑制比和温漂补偿能力，能够在不同工作温度下保持较为稳定的性能。
运放内部结构
一、运算放大器内部构造
集成运算放大器（以后简称集成运放）是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路。
它的类型很多，电路也不一样，但结构具有共同之处，下图所示为集成运放的内部电路组成框图。
图中输入级一般是由BJT、JFET或MOSFET组成的差动放大电路，利用它的对称特性可以提高整个电路的共模抑制比和其他方面的性能，它的两个输人端构成整个电路的反相输入端和同相输入端。
电压放大级的主要作用是提高电压增益，它可由一级或多级放大电路组成。
输出级一般由电压跟随器或互补电压跟随器构成，以降低输出电阻，提高带负载能力。
偏置电路是为各级提供合适的工作电流。
此外还有一些辅助环节。
如电平移动电路，过载保护电路以及高频补偿电路等。
采用折叠式共源共栅结构实现高速CMOS全差分运算放大器的设计
采用折叠式共源共栅结构实现高速CMOS全差分运算放大器的设计折叠式共源共栅结构是一种常用于高速CMOS全差分运算放大器设计的电路结构。
它结合了共源和共栅结构的优点，在设计高速差分运算放大器时具有重要的应用价值。
在设计高速CMOS全差分运算放大器时，首先需要确定电路的工作频率和增益要求。
然后，根据设计要求选择合适的MOS管尺寸以及电路拓扑结构。
在采用折叠式共源共栅结构之前，我们先来了解一下共源和共栅结构的特点。
共源结构是一种常见的差分放大器结构，它提供了较大的增益和较高的输入阻抗，但由于电流镜电路(如PMOS电流镜)的引入，使得其增益和频率特性受到限制。
共栅结构是一种常见的高速差分放大器结构，它具有良好的增益和频率特性，但输入阻抗较低。
因此，为了综合考虑增益、频率特性和输入阻抗，我们可以采用折叠式共源共栅结构。
折叠式共源共栅结构的基本原理是将两个共源结构和两个共栅结构连接在一起形成一个差分放大器。
其中，一个共源结构用作输入级，另一个共源结构用作输出级。
同时，一个共栅结构用于提供增益，另一个共栅结构用于提供带宽。
具体来说，折叠式共源共栅结构的输入级包含一个共源结构和一个共栅结构。
其中，共源结构的输入端连接输入信号，输出端通过一个电流源连接到共源结构的源极。
共栅结构通过一个电流源连接到共源结构的源极。
这样，共源结构和共栅结构共同构成输入级。
折叠式共源共栅结构的输出级也包含一个共源结构和一个共栅结构。
其中，共源结构的源极通过一个电流源连接到地，栅极接受输入信号。
共栅结构的源极通过一个电流源连接到共源结构的源极。
这样，共源结构和共栅结构共同构成输出级。
在折叠式共源共栅结构中，输入级的共源结构和共栅结构提供了较大的增益和较高的输入阻抗，输出级的共源结构和共栅结构提供了较大的带宽和较低的输出阻抗。
通过适当选择MOS管的尺寸和电流源的电流，可以实现高速差分运算放大器的设计要求。
综上所述，采用折叠式共源共栅结构可以实现高速CMOS全差分运算放大器的设计。
运算放大器
运算放大器（英语：Operational Amplifier，简称OP、OPA、OPAMP、运放）是一种直流耦合，差模（差动模式）输入、通常为单端输出（Differential-in, single-ended output）的高增益（gain）电压放大器，因为刚开始主要用于加法，减法等模擬运算电路中，因而得名。
通常使用运算放大器时，会将其输出端与其反相输入端（inverting input node）连接，形成一负反馈（negative feedback）组态。
原因是运算放大器的电压增益非常大，范围从数百至数万倍不等，使用负反馈方可保证电路的稳定运作。
但是这并不代表运算放大器不能连接成正反馈（positive feedback）组态，相反地，在很多需要产生震荡信号的系统中，正反馈组态的运算放大器是很常见的组成元件。
运算放大器有许多的规格参数，例如：低频增益、单位增益频率（unity-gain frequency）、相位边限（phase margin）、功耗、输出摆幅、共模抑制比（common-mode rejection ratio）、电源抑制比（PSRR，power-supply rejection ratio）、共模输入范围（input common mode range）、电压摆动率（slew rate）、输入偏移电压（input offset voltage，又译：失调电压）、还有噪声等。
目前运算放大器广泛应用于家电，工业以及科学仪器领域。
一般用途的集成电路运算放大器售价不到一美元，而现在运算放大器的设计已经非常可靠，输出端可以直接短路到系统的接地端（ground）而不至于被短路电流（short-circuit current）破坏。
目录[隐藏]∙ 1 运算放大器的历史∙ 2 运算放大器的基础o 2.1 电路符号o 2.2 理想运算放大器的操作原理▪ 2.2.1 开回路组态▪ 2.2.2 负反馈组态▪ 2.2.2.1 反相闭回路放大器▪ 2.2.2.2 非反相闭回路放大器▪ 2.2.3 正反馈组态∙ 3 实际运算放大器的局限o 3.1 直流的非理想问题▪ 3.1.1 有限的开回路增益▪ 3.1.2 有限的输入阻抗▪ 3.1.3 大于零的输出阻抗▪ 3.1.4 大于零的输入偏压电流▪ 3.1.5 大于零的共模增益o 3.2 交流的非理想问题o 3.3 非线性的问题o 3.4 功率损耗的考量∙ 4 在电路设计中的应用∙ 5 直流特性∙ 6 交流特性∙7 运算放大器的应用∙8 741运算放大器的内部结构o8.1 电流镜与偏压电路o8.2 差分输入级o8.3 增益级o8.4 输出级∙9 CMOS运算放大器的内部结构∙10 其他应用∙11 参见∙12 参考资料与附注∙13 外部链接[编辑]运算放大器的历史第一个使用真空管设计的放大器大约在1930年前后完成，这个放大器可以执行加与减的工作。
运算放大器
电压跟随器
定义：
电压跟随器，就是输出电压与输入电压是相 同的，电压跟随器的电压放大倍数接近1。
特点：
输入阻抗高，而输出阻抗低，一般来说，输 入阻抗要达到几兆欧姆是很容易做到的。输出阻 抗低，通常可以到几欧姆，甚至更低。 。
作用：在电路中，电压跟随器一般做缓冲级及 隔离级。因为，电压放大器的输出阻抗一般比 较高，通常在几千欧到几十千欧，如果后级的 输入阻抗比较小，那么信号就会有相当的部分 损耗在前级的输出电阻中。在这个时候，就需 要电压跟随器来从中进行缓冲。起到承上启下 的作用。
回差比较器电路：若电路加上正反馈则电 路具有回差特性，也成为施密特触发器。
施密特触发器的应用：
7.共模输入电压范围（VICM）：这表示运算放大器 两输入端与地之间能加的共模电压的范围。 8.共模信号抑制比（CMRR）：运算放大器两输入 端与地之间加相同信号时，输入、输出间增益称 为共模电压增益AVC。则CMRR可定义为： CMRR=AV/AVC。此值越大越好，但是会随着信号 的频率升高而下降。 9.电源电压抑制比（SVRR）：若电源变化△VS时等 效输入换算电压为△VIN，则SVRR定义为： SVRR= △VS/△VIN。此值越大越好，较小时输出 中出现电源噪声。
反馈：指在电子管或晶体管电路中，把 输出电路中的一部分能量送回输入电路中， 以增强或减弱输入讯号的效应。 理想运放的放大倍数为无穷大，实际运 放的放大倍数也很大，利用负反馈可以控 制放大器的放大倍数，提高增益精度，避 免放大被数过大造成失真。 同时引入负反馈还可以降低噪声、失真、 输出阻抗，增大输入阻抗。
运算放大器
运算放大器的分类、规格、型号、 用途、封装
李彬 与2010年5月
运算放大器的分类
CMOS高性能运算放大器研究与设计
CMOS高性能运算放大器探究与设计引言：随着科技的不息进步和应用的广泛推广，运算放大器（Operational Amplifier，简称Op-Amp）作为一种重要的模拟电路器件，得到了广泛的关注和应用。
CMOS （Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）技术由于其功耗低、集成度高等优势，被广泛应用于运算放大器的探究和设计中。
本文将介绍CMOS高性能运算放大器的探究与设计，主要包括运算放大器的基本原理、运算放大器的基本电路结构、CMOS技术的特点和优势、CMOS高性能运算放大器的设计方法和优化技术等方面。
一、运算放大器的基本原理运算放大器是一种特殊的差动放大器，它能够实现电压放大、电流放大、功率放大等功能。
运算放大器有两个输入端，一个非反相输入端和一个反相输入端；有一个输出端和一个电源端，电源端一般有正电源和负电源两个。
在抱负状况下，运算放大器具有无限的增益、无限的输入阻抗和零的输出阻抗。
但实际状况下，由于运算放大器的内部结构等因素的限制，无法完全满足抱负的条件。
因此，在运算放大器的设计中，需要思量如何提高增益、输入阻抗和输出阻抗等性能指标。
二、运算放大器的基本电路结构运算放大器的基本电路结构由差动放大器、电压放大器和输出级组成。
差动放大器用于实现输入信号的差分放大，电压放大器用于实现信号的放大，输出级用于驱动负载电阻。
差动放大器由两个晶体管组成，一个晶体管作为非反相输入端，另一个晶体管作为反相输入端。
通过调整两个晶体管的尺寸比例，可以实现不同的放大倍数。
电压放大器由级联的共源放大器组成，通过逐级放大，实现信号的放大。
输出级由差分放大器和输出级筛选电路组成，通过差分放大器将信号转化为可驱动负载电阻的电流信号，再经过输出级筛选电路，将电流信号转化为电压信号。
三、CMOS技术的特点和优势CMOS技术是一种基于金属-氧化物-半导体（MOS）结构的半导体制造技术。
与传统的bipolar技术相比，CMOS技术具有以下特点和优势：（1）功耗低：CMOS电路在静态状态下几乎不消耗电流，功耗分外低，适合于低功耗应用的场合。
一种带有增益提高技术的高速CMOS运算放大器设计
一种带有增益提高技术的高速CMOS运算放大器设计宋奇伟;陆安江;张正平【摘要】设计了一种用于高速ADC中的高速高增益的全差分CMOS运算放大器。
主运放采用带开关电容共模反馈的折叠式共源共栅结构,利用增益提高和三支路电流基准技术实现一个可用于12~14 bit精度,100 MS/s采样频率的高速流水线（Pipelined）ADC的运放。
设计基于SMIC 0.25μm CMOS工艺,在Cadence环境下对电路进行Spectre仿真。
仿真结果表明,在2.5 V单电源电压下驱动2 pF负载时,运放的直流增益可达到124 dB,单位增益带宽720 MHz,转换速率高达885V/μs,达到0.1%的稳定精度的建立时间只需4 ns,共模抑制比153 dB。
%A fully differential opamp used in a high speed ADC was designed.The main amplifier is a folded cascode amplifier with SC CMFB.The opamp can be used in a 12 bit、100MS/s high speed Pipelined ADC with gain boosting and the triple-branch current reference technique.The operational amplifier is implemented in a standard 0.25 μm CMOS process,simulated with Spectre under Cadence.With 2.5 V power supply and 2 pF load capacitance has a DC gain of 124 dB,a unity gain bandwidth of 720MHz,Slew Rate of 885 V/μs,4 ns settling time and 153dB CMRR.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2012(020)010【总页数】4页(P1-4)【关键词】运算放大器;折叠式共源共栅;高速度;增益提高;三支路电流基准【作者】宋奇伟;陆安江;张正平【作者单位】贵州大学贵州省微纳电子与软件技术重点实验室,贵州贵阳550025;贵州大学贵州省微纳电子与软件技术重点实验室,贵州贵阳550025;贵州大学贵州省微纳电子与软件技术重点实验室,贵州贵阳550025【正文语种】中文【中图分类】TN722.7随着当今集成电路技术遵从摩尔定律的快速发展，在深亚微米级甚至纳米级工艺下电源电压及MOS管特征尺寸不断降低，器件的诸多性能已达到瓶颈。
集成运算放大器的分类和组成
集成运算放大器的分类和组成一、集成运算放大器的分类集成运算放大器可以按照人们的不同需求进行多种划分，具体有以下几种类别。
1.按照集成运算放大器的参数分类（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，其性能指标适合一般性的使用。
如mA741（单运放）、LM358（双运放）、LM324（四运放）及以场效应管为输入级的LF356。
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，总希望运算放大器的失调电压较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*****等。
（4）高速型运算放大器在快速A/D和D/A转换器中，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适合高速应用的场合的。
高速型运算放大器的主要特点是具有高转换速率和宽频率响应。
常见的运放有LM318、mA715等，其SR=50～70V/ms，*****z。
（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，因此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。
运算放大器的结构
I IO 0.4 ~ 0.8 nA d I IO 8 ~ 12 pA/ C dT
高输入阻抗型
用于测量设备及采样保持电路中。 例如： AD549
I I B 0.040 p A
CF155/255/355
Rid 1013
I I B 30 p A
Rid 1012
低功耗型
推挽电路 中间 放大级 偏置电路 恒流源 输 出
差分电路 输 入
输入级
输出级
运算放大器的符号
(a) (b) 模拟集成放大器的符号 (a) 国家标准符号 (b)原符号
运算放大器外形图
§5.2 常用集成运算放大器
通用集成运放741内部结构
集成运放741的简化电路图
输入级 中间级 输出级
集成运放原理图及计算
静态技术指标 动态技术指标
静态技术指标 输入偏置电流IB
运放两个输入端偏置电流的平均值，用于衡量 差分放大对管输入电流的大小。
输入失调电压 Vio
输入电压为零时，将输出电压除以电压增益， 即为折算到输入端的失调电压。是表征运放内 部电路对称性的指标。
输入失调电流Iio
在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流 之差，用于表征差分级输入电流不对称的程度。
转换速率S
R
(压摆率)
反映运放对于快速变化的输入信号的响应能力。 转换速率SR的表达式为： d Vo
SR dt
max
等效输入噪声电压Vn
输入端短路时，输出端的噪声电压折算到输入 端的数值。这一数值往往与一定的频带相对应。
理想运算放大器的条件
Avd=，实际上Avd≥80dB即可。 Rid=，实际上Rid比输入端外电路的电阻
高速运放
• 2．2电源和退耦 为了使AD8022能够发挥较好的技术性 能，应提供高质量的±12V电源。同时在工 作中，必须注意对电源引脚端的退耦。对 于低频信号，应在AD8022附近放置一对 10μF的电容。另外，在每个引脚旁，也应 尽可能近地连接一个0．1μF的退耦电容。 2．3性能参数 AD8022具有低噪声、低失真、低功耗、 高速度等性能。表1给出了AD8022的主要 性能参数（工作条件为T＝25℃，Vs＝ ±12V，RL＝500Ω，G＝1）。
• 3工作原理 AD8022是电压反馈式放大器，它是在ADI公司独有 的超快互补双极性技术的基础上制成的。这种技术可以 使PNP和NPN三极管在4GHz范围内具有相似的结构。 为了排除由于结型绝缘引起的寄生和闭锁问题，这种技 术与介质是绝缘的。超快互补双极性技术的这些特点保 证了AD8022的高频率、低失真及低电源电流的性能。 图2所示为AD8022的内部电路简图。AD8022的输 入级由一个NPN差动对组成，其中每个三级管的集电极 电流为300μA，这给输入器件提供了一个较高的跨导。 因此，在100kHz时，AD8022的输入噪声仅为2．5nV ／Hz。AD8022输出级的电流增益可高达10000，因此， 即使接入一个低负载阻抗，AD8022仍能维持一个很高 的直流开环增益。
运算放大器原理及应用
集成运算放大器将电路的元器件和连线制作在同一硅片上，制成了集成电路。
随着集成电路制造工艺的日益完善，目前已能将数以千万计的元器件集成在一片面积只有几十平方毫米的硅片上。
按照集成度（每一片硅片中所含元器件数）的高低，将集成电路分为小规模集成电路(简称SSI) ，中规模集成电路(简称MSI), 大规模集成电路(简称LSI)和超大规模集成电路(VLSI)。
运算放大器实质上是高增益的直接耦合放大电路，集成运算放大器是集成电路的一种，简称集成运放，它常用于各种模拟信号的运算，例如比例运算、微分运算、积分运算等，由于它的高性能、低价位，在模拟信号处理和发生电路中几乎完全取代了分立元件放大电路。
集成运放的应用是重点要掌握的内容，此外，本章也介绍集成运放的主要技术指标，性能特点与选择方法。
一、集成运算放大器简介1. 集成运放的结构与符号1. 结构集成运放一般由4部分组成，结构如图1所示。
图1 集成运放结构方框图其中：输入级常用双端输入的差动放大电路组成，一般要求输入电阻高，差摸放大倍数大，抑制共模信号的能力强，静态电流小，输入级的好坏直接影响运放的输入电阻、共模抑制比等参数。
中间级是一个高放大倍数的放大器，常用多级共发射极放大电路组成，该级的放大倍数可达数千乃数万倍。
输出级具有输出电压线性范围宽、输出电阻小的特点，常用互补对称输出电路。
偏置电路向各级提供静态工作点，一般采用电流源电路组成。
2. 特点：142○1 硅片上不能制作大容量电容，所以集成运放均采用直接耦合方式。
○2 运放中大量采用差动放大电路和恒流源电路，这些电路可以抑制漂移和稳定工作点。
○3 电路设计过程中注重电路的性能，而不在乎元件的多一个和少一个 ○4 用有源元件代替大阻值的电阻 ○5 常用符合复合晶体管代替单个晶体管，以使运放性能最好 3. 集成运放的符号从运放的结构可知，运放具有两个输入端v P 和v N 和一个输出端v O ，这两个输入端一个称为同相端，另一个称为反相端，这里同相和反相只是输入电压和输出电压之间的关系，若输入正电压从同相端输入，则输出端输出正的输出电压，若输入正电压从反相端输入，则输出端输出负的输出电压。
高速运放
高速OP运算放大器制作(上)文/丁勇宏(原文刊载於音响技术108期) 快速运算放大器之有别於其他运算放大器，是除了有好的直流特性，如高开路直流增益、低偏置电流(biascurrent)和低输入偏离漂移(offsetdrift)之外，还要有特别设计的交流特性而能在高频上工作。
这些放大器的运用须适当选择增益频宽乘积、转折率、稳定时间和输出电流。
另外还要注意诸外细节如电源的傍路。
良好的地线安排。
短拉线和最大的潜布电容量等等。
一些使高速运算放大器能处理处用的特性，会因疏忽的设计者而产生问题。
而不好的设计，徒然造成一振荡器而非一高速放大器。
不可忽略的运算放大器特性基本上运算放大器呈现给设计者的吸引力是其闭路特性几乎全由外部元件而定，鲜少受到本身的限制。
要精确控制增益、偏离、线性处、温度稳定等特性的放大器，只要使用者选用适当外围被动元件即。
但很不幸地，高速运算放大器并不像一般低频元件般单纯好用，也因此更须仔细去了解特性∶开路增益和频宽─参看图１的增益续宽波德图形，快速运算放大器的开路增益须常高，以减少加算点上的误差。
一些优秀的高速运算放大器约在10的５次方到10的５次方V/V间。
如图所示从直流到折角频率(图示100Hz)间的增益保持平坦，然後随著频率增加而减少，设计良好的放大器其增益是以每十倍频率滑落20dB，这滑落率可保证闭路工作的稳定，同时有最好的稳定时间表现。
增益频率继续滑落而当增益为1时其频率称单增益头率(unitygainfrequency,fT)，宽频带放大器的fT须愈大愈好，通常有100MHz。
每十倍频率滑落的增益使得增益频宽乘积保持常数，而其值即是该放大器的增益频宽乘积。
大部分高速放大器的平顺滑落常超过fT，因而非理想放大结构，如元件有限频宽或潜布电容影响，在较高频率所形成极点(pole)，其频率若远超过放大器的闭路频宽，则此外极点对高频性能只会有极小的影响。
转折率─指高速运算放大器再一快速大信号时，输出端最快的变化率，以V/usec表示。
运算放大器的结构共22页文档
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51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
运算放大器的结构ห้องสมุดไป่ตู้、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
运算放大器内部构造
运算放大器内部构造主要由输入级、偏置电路、中间级、输出级四部分组成。
输入级由晶体管差分放大电路组成，利用它的电路对称性能消除零点漂移和抑制干扰，提高整个电路的性能。
偏置电路作为各个放大级提供合适的偏置电流，使其具有合适的静态工作点。
中间级由晶体管共射级放大电路组成，它可由一级或多级晶体管放大电路组成，使其能提供足够高电压增益要求。
输出级由晶体管互补对称放大电路组成，输出级电压增益为1，但能为负载提供一定的功率，负载能力强输出电阻小。
运算放大器的基本电路原理
运算放大器的基本电路原理x《运算放大器的基本电路原理》运算放大器（Operational Amplifier），也称为操作放大器，是一种电路，用于放大或减小一个信号的幅度。
它采用线性方程运算，可以提供高增益，对传感器的信号进行处理，并能将信号放大或通过控制电路发送到其他系统中。
操作放大器的基本电路是一个双极双极型放大器，由两个输入端，一个负输入端和一个正输入端组成。
正负输入端组成基准点，该基准点由两个反向放大接地（inverting and noninverting）的电源供电。
反向和非反向放大源的电压与基准点的电压是一致的，这种情况下反向放大源的电压具有负性，而非反向放大源具有正性，这就形成了一个双极放大器。
当负输入端的电压发生变化时，正输入端的电压也会发生变化。
反之亦然。
当负输入端的电压小于正输入端时，反向放大源的电压会增大，而非反向放大源的电压却减小。
反之亦然。
因此，这种基本电路可以实现简单的比例控制，允许电压调节比例。
基于上述原理，可以用操作放大器制作电压调节器、特殊的比较电路、二极管驱动器、音量控制电路等。
此外，它还用于信号过滤、回波消除、变频器、回放机检测等应用。
操作放大器不仅可以用来放大信号，还可以用来减小输出信号。
当一个信号被输入进来时，基准点的电压会发生变化，从而降低反向电源的电压。
当此电压减小时，变压器的输出也会减小，从而得到一个更小的输出信号。
这种电路也可以制作为滤波器，用于滤除低频噪声。
总之，操作放大器是一种电路，可以用来放大或减小信号的幅度，因此用于很多方面，包括电压调节器、特殊比较电路、二极管驱动器、音量控制电路、信号过滤、回波消除、变频器、回放机检测等。
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• ＺＦ４４０１型高速运算放大器 • • 一、性能及用途： • ＺＦ４４０１模块具有很高的压摆率和较快的建立时 间，能提供高的输入阻抗，１５ＭＨＺ的带宽和较好的热 稳定性，可用于高速电压跟随器，快速采样保持电路，瞬 变电信号的检测等。 • 在性能、指标和用途上可替代国外模块如ＡＭ１００、 ＡＭ１０１、ＡＤ４４、ＡＤ４８、３４０１、３４０２ 等。 • 二、极限参数： • 电源电压：±１８Ｖ • 输入电压范围：±１０Ｖ • 输出短路时间：无限长 • 三、电参数表： • ＴＡ＝２５℃ Ｖｓ＝±１５Ｖ （除非另有说 明）
• AD8045是一种增益稳定、1 GHz带宽的电压反馈放大器，它 具有1350 V/HZ转换速率和7.5 ns达0.1%的建立时间。低噪声 和无杂散动态范围，从而使它非常适用于在高速工作条件下 具有高分辨率的系统。AD8045除了具有这些理想的交流技术 指标外，还显示出优良的直流特性。该放大器可在3.3 V ~ 12 V电源电压范围内工作。所以对于那些需要高动态范围，高精 度和高速的系统来说，AD8045是最理想的候选器件之一。 •
工作温度与保存温度
极限参数 最大最小电源电压 最大功率 温度极限
噪声系数
工程参数
一、开环放大倍数
指电路系统的输出信号没有通过其他电路连接到输入端时 的差模放大倍数。
反馈电阻 vi +
vi
vo vi
+
vi
(a) 开环状态
(b) 闭环状态
vo
v0 = K(v+v-)
开环放大倍数K
开环放大倍数示例
0
t
跟踪速度示例 Slew rate
输入正弦波信号最大值为1V，频率为1kHz 。 在0~45度间的上升幅度为700mV，需0.125ms。 最大上升速度为700mV/0.125ms=0.0056v/ms。
使用LM324 LM324的跟踪速度是2.5v/ms
输入正弦波信号最大值为1V，频率为1MHz 。 在0~45度间的上升幅度为0.7V，需0.625ms。 最大上升速度为0.7V/0.625ms=1.12v/ms。
• 2特性参数及性能 2 ．1最大功率损耗 AD8022的最大功耗受外壳结温的限制。对于塑料封装的器件， 它的最大安全结温大约为150℃。一旦超过这个限制，会使外壳与基 底的应力发生改变，从而引起性能参数的漂移。若长时间地使结温高 于175℃，则会造成器件的失灵。虽然AD8022具有短路保护功能，但 这仍不能充分保证器件在各种条件下都没有超过结温。为了确保器件 的安全，必须根据最大功率降额曲线来进行操作。
T6
T7
T5 / T 6 电流镜负载
放大，功耗小
减小输出电阻 提高输出能力
• 集成运算放大器的选择
集成运算放大器是模拟集成电路中应用最广泛的 一种器件。在由运算放大器组成的各种系统中，由于 应用要求不一样，对运算放大器的性能要求也不一样。 在没有特殊要求的场合，尽量选用通用型集成运 放，这样即可降低成本，又容易保证货源。当一个系 统中使用多个运放时，尽可能选用多运放集成电路， 例如LM324、LF347等都是将四个运放封装在一起的 集成电路。
高速运算放大器AD8045的应用
• 超低失真电压负反馈运算放大器AD8045是ADI公司的高 增益运算放大器，具有高速、低噪声和超低失真等优异特 性，在20MHz的条件下，动态范围可以达到-90dBc，在 有源滤波器、ADC驱动器等要求高性能放大电路的设计和 使用中，AD8045是一种极佳的首选器件。 AD8045为LFCSP封装，这种封装为PCB板提供了低热阻 抗，将使高温传递更加有效，提高了性能和稳定性并使其 工作温度范围达到：-40℃~+125℃。这种新的标准引脚 排列减少由正输入引脚和负电源引脚之间的耦合所引起的 互感，以及由此而产生的失真。引脚的这样排列也改善了 二次谐波失真和简化了PCB电路板的布局。
工程参数
三、输入失调参数 （1）失调电流IIO
由于放大器差分输入电路不对称而造成的两个输入端静态电流之 差。 I = |I - I | 即（|I - I |)
IO IB1 IB2 + -
（2）失调电压VIO VIO = |VIB1 - VIB2| 即（|V+ - V-|)
由于放大器差分输入电路不对称而造成的两个输入端静态电压之差。
Psi——输入信号功率
Pso——输出信号功率 Pni——输入端噪声功率 Pn0——输出端噪声功率
LM324运算放大器的 基本结构示例 V
输入级
+
中间级
输出级
T2 / T 3 差分输入 共射
T2 T1
6µA
4µA
100µA
T11
C T12 T10 T8 T13 T9 50µA
V-
T3
T4
V+
VO
T1 / T 4 差分输入 T5 共集
• •
(a)同相输入联接方法
图1 AD8045的基本连接方法
(b)反相输入联接方法
• 有源低通滤波器的实现 有源滤波器应用在许多诸如选择滤波器或者高频通信中的 信息收集器等领域。若设计一个具有高转换速率，增益带 宽为400MHz的器件，AD8045是有源滤波器的理想候选 器件。图2给出了截止频率为90MHz，4阶S-K结构低通滤 波器，该滤波器由两个二阶的S-K基本电路级联而成的， 每一部分的增益为G＝+2，则电路的总增益为G＝+4或者 是12dB。图中，。 将电阻电容的值设置成相同会大大简化S-K滤波器。截止 频率或者说是-3dB频率，品质因数，第一级电路增益，第 二级电路增益。 为了降低噪声、失调电压和放大器的频率响应，电阻应该 保持一个较低的值。由于电路里低电容的应用，PCB布局 和降低板间的寄生噪声将十分困难。几皮法都可能使截止 频率失谐。 为了得到较好的放大器滤波性能，电容的选择非常严格。 像具有低温特性的NPO陶瓷电容和银云母电容都是滤波电 路的较佳的选择。
• 评价集成运放性能的优劣，应看其综合性能。一般用优值 系数K来衡量集成运放的优良程度，其定义为：
• 式中，SR为转换率，单位为V/ms，其值越大，表明运放 的交流特性越好；Iib为运放的输入偏置电流，单位是nA； VOS为输入失调电压，单位是mV。Iib和VOS值越小，表 明运放的直流特性越好。所以，对于放大音频、视频等交 流信号的电路，选SR（转换速率）大的运放比较合适； 对于处理微弱的直流信号的电路，选用精度比较的高的运 放比较合适（既失调电流、失调电压及温飘均比较小）。 • 实际选择集成运放时，除优值系数要考虑之外，还应考虑 其他因素。例如信号源的性质，是电压源还是电流源；负 载的性质，集成运放输出电压和电流的是否满足要求；环 境条件，集成运放允许工作范围、工作电压范围、功耗与 体积等因素是否满足要求。
五、输出幅度
指在给定电源电压下， 运算放大器所能达到的 最大输出电压。
工程参数
八、带宽增益乘积
运放的放大倍数下降到1 倍(0dB)零频与对应电压增 益之间的乘积。 例：
20lgAV(dB)
九、摆率
Slew Rate
dvO SR dt
反映运放对高速变化的输 入信号的响应能力。
例：
AO
0
1M
f(Hz)
• 高速型运算放大器的特点
• 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。
• 高速型运算放大器的应用
• 应用于快速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一定要足够大的地方
• 高速运算放大器
高度运放的定义：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。这就让高速型运算放大器 产生了。
• 在现代电子技术中，对数据获取的速度和 数据的精度要求越来越高，高性能放大器 往往用来驱动模数转换器以及高速数模转 换器输出的电流一电压转换器，因而宽带、 直流藕合、低畸变以及小上冲、快调整时 间成为放大器的重要性能要求。以往，传 统的闭环运算放大器都采用电压反馈方法， 而高速运算放大器则大都用电流反馈方法， 电流反馈放大器也叫互阻放大器，其特点 是速度高。
• 2．2电源和退耦 为了使AD8022能够发挥较好的技术性 能，应提供高质量的±12V电源。同时在工 作中，必须注意对电源引脚端的退耦。对 于低频信号，应在AD8022附近放置一对 10μF的电容。另外，在每个引脚旁，也应 尽可能近地连接一个0．1μF的退耦电容。 2．3性能参数 AD8022具有低噪声、低失真、低功耗、 高速度等性能。表1给出了AD8022的主要 性能参数（工作条件为T＝25℃，Vs＝ ±12V，RL＝500Ω，G＝1）。
• 四、外形及引线排列（底视）：
• ①调零 ②反相输入 ③同相输入 ④调零 ⑤正电源 ⑥接地（公共端） ⑦负电源 ⑧输出 ⑨空脚
• 五、基本接线图（反相比例放大器）：
• 六、应用举例 • １．高速电压跟随器
• ２．快速采样保持电路
• ３．使用梯形网络的Ｄ／Ａ转换器
• 双高速低噪声运算放大器AD8022 • AD8022由两个低噪声的高速电压反馈放大器组成。它的 两个输入端产生的电压噪声只有2．5nV／Hz。同时具有 带宽宽，失真小等特性。当驱动电容负载时，AD8022具 有较高的输出电流和较好的稳定性。它的功耗较小，在 5V到±12V的电源下工作时，每个放大器仅消耗4．0mA 的静态电流。AD8022采用8脚microSOIC和SOIC封装。 由于其过电压恢复时间短，带宽宽，所以它可以作为非对 称数字用户线（ADSL：Asymmetric Digital Subscriber Line）、超高速数字用户线（VDSL：Very －high－data－rate Digital Sub－scriber Line）以及其 它xDSL收发信机的接收信道前端。另外，AD8022中的 两个独立的电压反馈放大器也可以作为线路变压器的差动 接收器或xDSL线路接口电路的有源滤波器。图1所示为 AD8022的引脚排列图。