如何选用运算放大器

如何选用运算放大器

——用电压型还是用电流型

运算放大器按其输入阻抗、输出阻抗的高低分为四种基本类型(见图1)。应用最广泛的是电压型(“VV”型)运放。这类运放有高输入阻抗(反相输入端)和低输出阻抗(注意，所有各类运算放大器的同相输入端均有高输入阻抗)。但是，在很多电路中，还用到了另外几种类型的运算放大器，即图1中所示的"CC”型(电流型)、“VC”型(电压至电流型。即跨导型)及“CV”型(电流至电压型，或跨阻型)。这三种类型的运放均具有相当宽的频带。现通过一些简单的

电路来说明上述各类运放的工作特性。

一、运放的构成

首先，我们来看一下怎样用基本模块

来构成上述四种类型的运算放大器。为了

便于比较。每种类型都用同样的元件。在

这里，我们决定用一种所谓推挽AB类运作

技术，这种技术又称为“电流按要求”(“current on demond”)运作。具体如图2所示，图中只用了两种基本电路：一个电压跟随器和一个电流镜。这两种电路的内部结构示于图3。

两个互补的电压跟随器构成了运放输入端所必需的差动放大器。电压跟随器的输出信号，以从电源吸收电流的形式,进入电流镜。推挽AB类运作较常规差动放大器优越，其静态电流小，但即便如此，仍可获得很大的峰值电流。因此，无摆率(slew rate)限制。两个电流镜的输出端是电路的高阻抗点。如有

需要，可以从这一点接一电容(即“补偿电容”)到地。此运算放大器的最后部分是一个电压跟随器，以提供低阻抗输出。

二、电压型运放(VV)

电压型运算放大器的特征是高阻抗

输入和低阻抗输出。其运作模式为压控电压

源。理想的VV型放大器增益为A D=Vo／V D=

∞(无限大)。

而实际的运放有不同

的增益,其范围为103至

l06。图4所示为一个理想

的VV型放大器的模型。由

图中可以看出，其差动增

益是由输入端阻抗变换器

的跨导电阻(transductance resistance)R=1／S和高阻抗点的

电阻共同确定的。

为了了解带宽，现将此VV型运放接成图5的形式。其

反馈电阻值为R N=Rl＝100Ω。该电路的增益为

A=l+R N／R1=l+100Ω/100Ω=2。

图5电路的阶跃(step)电压响应有很大的

过冲。所以，应在高阻抗点加一补偿电容。这样

就可抑制过冲，但遗憾的是也缩小了电路的带宽。

此VV型放大电路的频率响应见图8。

三、电流型运放(CV)

电流型运放的反相输入端为低输入阻抗，而

输出阻抗为高。和其他类型的运放一样，同相端

为高输入阻抗，其模型如图6所示。因为其特性

与理想的双极晶体管相类似，市场上的电流型运

放有美信(Maxim)公司的MAX435和MAX436。大家

较熟悉的还有Burr-Brown公司的OPA660。为了将电流型运放接成同相放大器，可按带负反馈的电压型运放来连接，具体如图7。这种电路形式又称为“直接反馈”。在这里，我们设R N=200Ω，R l=lOOΩ。则其增益为：

A=1+R N／2R l=1+200Ω/（2×100Ω)=2。

此电压放大器的截止频率如图8所示。

由电流型运放构成的同相放大器还有另一种电

路形式，即利用其理想的晶体管特性，构成一种

有电流(负)反馈的射极跟随器(图9)。这里的电阻值为R C＝

200Ω和R E＝lOOΩ。而其增益为：

A=R C/R E=200

Ω／100Ω

=2。

这种电路的

带宽与电压

负反馈放大

电路(图8)

的带宽相

仿。电流型运放在仪表上应用广泛。

至此，我们对于电压型

运放(VC)和电流型运放(CC)的

结构、电路及其特性(增益和带

宽)已有所了解。我们也可以用

同样的方法来讨论VC(电压电流

型，即跨导型)和CV(电流电压型，即跨阻型)运放。可以用同样的基本模块(电压跟随器、电流镜)来构成VC和CV。然后说明其增益和带宽。但因其方法和过程与前类似，这里不再赘述；而是将其特性归纳在表1中。

各种放大器结构在带宽方面差别不大。但电压型和VC型需要用电容来校正其频率响应，因此更能保证放大器稳定运作。