運算放大器發明至今已有數十年的歷史,從最早的真空管演變為如今的集成電路,它在不同的電子產品中一直發揮著舉足輕重的作用。而現如今信息家電、手機、PDA、網絡等新興應用的興起更是將本次專題的主角--運算放大器推向了一個新的高度。本次專題就來帶你了解一下它吧!
運放是運算放大器的簡稱。

在實際電路中,通常結合反饋網絡共同組成某種功能模塊。由于早期應用于模擬計算機中,用以實現數學運算,故得名“運算放大器”,此名稱一直延續至今。運放是一個從功能的角度命名的電路單元,可以由分立的器件實現,也可以實現在半導體芯片當中。隨著半導體技術的發展,如今絕大部分運放是以單片的形式存在。現今運放的種類繁多,廣泛應用于幾乎所有的行業當中。

- 運算放大器的發展史 -
  • 1

    1941年:貝爾實驗室的Karl D. Swartzel Jr.發明了真空管組成的第一個運算放大器,并取得美國專利2,401,779,命名為“Summing Amplifier”;

  • 2

    1952年:首次作為商業產品販售的運算放大器是George A. Philbrick Researches(GAP/R)公司的真空管運算放大器,型號K2-W;

  • 3

    1963年:第一個以集成電路單一芯片形式制成的運算放大器是Fairchild Senmiconductors的Bob Widlar所設計的μA702,1965年經改后推出μA709;

  • 4

    1968年:Fairchild半導體公司推出的μA741。迄今為止仍然在生產使用,他是有史以來最成功的運算放大器,也是極少數最長壽的IC型號之一。

- 運算放大器的分類 -
  • 通用型運放

    其性能指標能適合于一般性(低頻以及信號變化緩慢)使用,例如741A,LM358(雙運放),LM324及場效應管為輸入級的LF356.

  • 高阻型運放

    這類運放的特點是差模輸入阻抗非常高,輸入偏置電流非常小。實現這些指標的主要措施是利用場效應管的高輸入阻抗的特點,但這類運放的輸入失調電壓較大。這類運放有LF356、LF355、LF347、CA3130、CA3140等。

  • 低溫漂型運放

    在精密儀器、弱信號檢測等自動控制儀表中,希望運放的失調電壓要小,且不隨溫度的變化而變化。底溫漂型運放就是為此設計的。目前常用的低溫漂型運放有OP07、OP27、OP37、AD508及MOSFET組成的斬波穩零型低溫漂移器件ICL7650等。

  • 高速型運放

    在快速A/D及D/A以及在視頻放大器中,要求運放的轉換速率SR一定要高,單位增益帶寬BWG一定要足夠大。常見的運放有LM318、175A等。

  • 低功耗型運放

    由于便攜式儀器應用范圍的擴大,必須使用低電源電壓供電、低功耗的運放。常用的低功耗運放有TL-022C,TL-160C等。

  • 高壓大功率型運放

    運放的輸出電壓主要受供電電源的限制。在普通運放中,輸出的電壓最大值一般僅有幾十伏,輸出電流僅幾十毫安,若要提高多輸出電壓或輸出電流,運放外部必須要加輔助電路。高壓大功率運放外部不需要附加任何電路,即可輸出高電壓和大電流。

- 運算放大器的特點 -
  • •主要特點:
  • 輸入電阻很高,輸出電阻很小,電壓放大倍數很大,零點漂移很小。
  • •理想運放工作在線性區的特點:
  • ◊ 虛地 “虛地”是指在分析運算放大器處于線性狀態時,工作在反相輸入狀態下,反相輸入端的電位為零,這一特性稱為虛假接地,簡稱虛地。
    ◊ 虛短 “虛短”是指在分析運算放大器處于線性狀態時,可把兩輸入端視為等電位,這一特性稱為虛假短路,簡稱虛短。但不能將兩輸入端真正短路。
    ◊ 虛斷 “虛斷”是指在分析運放處于線性狀態時,可以把兩輸入端視為等效開路,這一特性稱為虛假開路,簡稱虛斷。顯然不能將兩輸入端真正斷路。

通常使用運算放大器時,會將其輸出端與其反相輸入端(inverTIng input node)連接,形成一負反饋(negaTIve feedback)組態。原因是運算放大器的電壓增益非常大,范圍從數百至數萬倍不等,使用負反饋方可保證電路的穩定運作。但是這并不代表運算放大器不能連接成正回饋(positive feedback),相反地,在很多需要產生震蕩訊號的系統中,正回饋組態的運算放大器是很常見的組成元件。

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