集成运算放大器

编辑本段集成运算放大器的使用要点
1．集成运放的电源供给方式 集成运放有两个电源接线端+VCC和-VEE,但有不同的电源供给方式。对于不同的电源供给方式,对输入信号的要求是不同的。 （1）对称双电源供电方式 运算放大器多采用这种方式供电。相对于公共端（地）的正电源（+E）与负电源（-E）分别接于运放的+VCC和-VEE管脚上。在这种方式下,可把信号源直接接到运放的输入脚上,而输出电压的振幅可达正负对称电源电压。 （2）单电源供电方式 单电源供电是将运放的-VEE管脚连接到地上。此时为了保证运放内部单元电路具有合适的静态工作点,在运放输入端一定要加入一直流电位,如图3.2.1所示。此时运放的输出是在某一直流电位基础上随输入信号变化。对于图3.2.1交流放大器,静态时,运算放大器的输出电压近似为VCC/2,为了隔离掉输出中的直流成分接入电容C3。 图3.2.1 运算放大器单电源供电电路 2．集成运放的调零问题 由于集成运放的输入失调电压和输入失调电流的影响,当运算放大器组成的线性电路输入信号为零时,输出往往不等于零。为了提高电路的运算精度,要求对失调电压和失调电流造成的误差进行补偿,这就是运算放大器的调零。常用的调零方法有内部调零和外部调零,而对于没有内部调零端子的集成运放,要采用外部调零方法。下面以mA741为例,图3.2.2给出了常用调零电路。图3.2.2(a)所示的是内部调零电路;图（b）是外部调零电路。
编辑本段集成运算放大器的分类
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，uA791集成运放的输出电流可达1A。
一个运放如不能调零，大致有如下原因：① 组件正常，接线有错误。② 组件正常，但负反馈不够强（RF／R1 太大），为此可将RF短路，观察是否能调零。③ 组件正常，但由于它所允许的共模输入电压太低，可能出现自锁现象，因而不能调零。为此可将电源断开后，再重新接通，如能恢复正常，则属于这种情况。④组件正常，但电路有自激现象，应进行消振。⑤组件内部损坏，应更换好的集成块。
编辑本段基本应用
1、差动输入级 使运放具有尽可能高的输入电阻及共模抑制比。 2、中间放大级 由多级直接耦合放大器组成，以获得足够高的电压增益。 3、输出级 可使运放具有一定幅度的输出电压、输出电流和尽可能小的输出电阻。在输出过载时有自动保护作用以免损坏集成块。输出级一般为互补对称推挽电路。[1] 4、偏置电路 为各级电路提供合适的静态工作点。为使工作点稳定，一般采用恒流源偏置电路。
最适合焊接，DIY友的最爱，因为这种封装的管脚很长，很适合DIY焊接，且比较坚固，不易损坏。 双列直插式（即DIP） 应用最广泛、最多的封装形式。 绝大多数中小规模集成电路(IC)均采用这种封装形式，其引脚数一般不超过100个。采用DIP封装的CPU芯片有两排引脚，需要插入到具有DIP结构的芯片插座上。当然，也可以直接插在有相同焊孔数和几何排列的电路板上进行焊接。双列直插式
集成运算放大器（Integrated Operational Amplifier）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。它的增益高（可达60~180dB），输入电阻大（几十千欧至百万兆欧），输出电阻低（几十欧），共模抑制比高（60~170dB），失调与飘移小，而且还具有输入电压为零时输出电压亦为零的特点，适用于正，负两种极性信号的输入和输出。 模拟集成电路一般是由一块厚约0.2~0.25mm的P型硅片制成，这种硅片是集成电路的基片。基片上可以做出包含有数十个或更多的BJT或FET、电阻和连接导线的电路。 运算放大器除具有十、一输人端和输出端外，还有十、一电源供电端、外接补偿电路端、调零端、相位补偿端、公共接地端及其他附加端等。它的放大倍数取决于外接反馈电阻，这给使用带来很大方便。
基本应用
1、差动输入级 使运放具有尽可能高的输入电阻及共模抑制比。
2、中间放大级 由多级直接耦合放大器组成，以获得足够高的电压增益。
3、输出级 可使运放具有一定幅度的输出电压、输出电流和尽可能小的输出电阻。在输出过载时有自动保护作用以免损坏集成块。输出级一般为互补对称推挽电路。 4、偏置电路 为各级电路提供合适的静态工作点。为使工作点稳定，一般采用恒流源偏置电路。
需要注意的问题（也有误差产生的原因）：
1) 输入信号选用交、直流量均可， 但在选取信号的频率和幅度时，应考虑运放的频响特性和输出幅度的限制。
2) 调零。为提高运算精度，在运算前， 应首先对直流输出电位进行调零，即保证输入为零时，输出也为零。当运放有外接调零端子时，可按组件要求接入调零电位器RW，调零时，将输入端接地，调零端接入电位器RW，用直流电压表测量输出电压U0，细心调节RW，使U0为零（即失调电压为零）。如运放没有调零端子，若要调零，可按图7－7所示电路进行调零。
DIP封装的芯片在从芯片插座上插拔时应特别小心，以免损坏引脚。 使用DIP外型的以下好处： 1.适合在PCB(印刷电路板)上穿孔焊接，操作方便。 2.芯片面积与封装面积之间的比值较大，故体积也较大。 Intel系列CPU中8088就采用这种封装形式，缓存(Cache)和早期的内存芯片也是这种封装形式。
3) 消振。一个集成运放自激时，表现为即使输入信号为零， 亦会有输出，使各种运算功能无法实现，严重时还会损坏器件。在实验中，可用示波器监视输出波形。为消除运放的自激，常采用如下措施
①若运放有相位补偿端子，可利用外接RC补偿电路，产品手册中有补偿电路及元件参数提供。②电路布线、元、器件布局应尽量减少分布电容。③在正、负电源进线与地之间接上几十μF的电解电容和0.01～0.1μF 的陶瓷电容相并联以减小电源引线的影响。
按外型的封装样式分类
扁平式（即SSOP） 封装的芯片引脚之间距离很小，管脚很细，扁平式
一般大规模或超大型集成电路都采用这种封装形式，其引脚数一般在100个以上。用这种形式封装的芯片必须采用SMD（表面安装设备技术）将芯片与主板焊接起来。采用S MD安装的芯片不必在主板上打孔，一般在主板表面上有设计好的相应管脚的焊点。将芯片各脚对准相应的焊点，即可实现与主板的焊接。用这种方法焊上去的芯片，如果不用专用工具是很难拆卸下来的。 PFP（Plastic Flat Package）方式封装的芯片与QFP方式基本相同。唯一的区别是QFP一般为正方形，而PFP既可以是正方形，也可以是长方形。 单列直插式（即SIP） 单列直插式
基尔霍夫定律分为电流定律和压定律
电流定律，又称节点电流定律，是这样说的：对于一节点电路来讲，若规定从节点流进的电流为正，流出为负，则节点处的电流代数和为0.
电压定律，又称回路电压定律，意思是：对于一闭合回路来讲，若规定电势从高到低的电势降为正，电势由低到高的电势降为负，则绕此回路一周的电势降为0.参考资料：新概念物理教程《电磁学》；赵凯华，陈熙谋编；高等教育出版社；2006年12月第二版