介绍集成运算放大器主要分类及结构组成
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集成运算放大器的电路构成包括输入级、中间级、输出级以及偏置电路,这四个基本组成部分共同构成了该放大器的电路结构。输入级是实现低噪声、高增益功能的主要部件之一。为了提高运算放大器的质量,必须确保其输入电阻高、零点漂移小、干扰信号抑制强,这是关键的输入级要求。输入级可以用电容或电感作为补偿元件,也可用电感器来改善性能。采用差分放大电路作为输入级,该电路具有同相和反相两个输入端,以实现信号的放大。在这两输入端间串联一个电容或电感,以降低它们之间的互感影响,使之达到所需要的水平。为了实现中间级的电压放大,需要采用共发射极放大电路,其电压放大倍数应当达到较高水平。前置级主要完成对负反馈回路中噪声信号的滤除。为了实现输出级与负载的连接,需要确保其输出电阻低、带负载能力强,并且能够输出足够大的电压和电流,这通常需要使用互补对称电路或射极输出器。本文着重讨论差动式放大器中的一个重要组成部分——偏置电路。偏置电路的功能在于为各级电路提供稳定且适宜的偏置电流,以决定它们的静态工作点,通常由多种恒流源电路构成。
根据运算放大器的参数分类,可将其归为10个不同的类别:
1.这款放大器是一款适用于各种场景的集成式放大器
通用型集成运算放大器的技术参数恰到好处,足以满足大多数应用场景的需求。因此,在许多场合下,可以不考虑选用哪种类型的集成运算放大器来实现系统电路的功能。随着集成电路技术的发展,特别是大规模集成电路的出现,使得这类器件有了更高的性能价格比。这类器件以其经济实惠的价格和广泛的产品量而著称,其性能指标可适用于广泛的应用场景。
2.一款高度精密的集成计算放大器
高精度集成运算放大器指的是那些具有极低失调电压、极小温度漂移以及极高增益和共模抑制比的运算放大器。目前市场上出售的高性能运放一般都采用了单片结构。单片高精度集成运算放大器所产生的失调电压可降至微伏级别,同时其温度漂移范围也极小,仅为每摄氏度几十微伏。
3.高速集成运算放大器
要求集成运算放大器在快速A/D和D/A转换器、视频放大器中的转换速率SR必须达到较高水平,有些甚至可以达到2-3kV/μs的高水平。为了提高其转换效率,必须选择合适的放大电路结构。为了满足高速应用的需求,单位增益带宽BWG必须具备足够的宽度,而通用型集成运放则无法胜任此任务。目前,采用了许多高性能的集成运放来提高性能,其中最常用的就是高速型运算放大器。高速型运算放大器之所以备受青睐,是因为其转换速度惊人,频率响应也异常宽广。
4个输入阻抗较高的集成运算放大器
高阻抗集成运算放大器的输入阻抗呈现出极高的数值,而其输入电流则表现出微不足道的数值。为了减小它在低频时出现的“振荡”现象和提高其性能,必须对这种运算放大器进行高频补偿。通常情况下,这类运算放大器的输入级别会使用MOS管。
5.一款低功耗的集成式放大器
在工作日内,低功耗的集成运算放大器所产生的电流微不足道,电源电压也极其微小,整个放大器的功耗仅为数十微瓦。随着便携式仪器应用范围的扩大,电子电路集成化的最大优势在于其能够将复杂电路转化为小型轻便的形式,因此需要使用低电源电压供电、低功率消耗的运算放大器来实现相应的功能。
6个宽频范围内的集成运算放大器
宽频带集成运算放大器具有广泛的频带,其单位增益带宽可高达千兆赫以上,因此在宽频带放大电路中得到了广泛应用。
7.这款放大器采用了高压型集成技术,以提高运算效率
运算放大器的输出电压受制于电源供应的限制,这一限制在很大程度上影响了其性能表现。为了使运算放大器工作可靠,应尽量减小输入信号与放大后的输出之间的耦合作用。在一般的运算放大器中,输出电压的最大值通常不超过数十伏,而输出电流则仅有数十毫安之微小。在高压大电流集成运算放大器的外部,无需添加任何电路,即可实现高电压和大电流的输出,这是一种非常便捷的方式。这类器件有低压集成式、中压集成式等多种形式。8.一款集成了功率和运算功能的放大器
9.一款可在低温环境下进行漂移的运算放大器
在自动控制仪表中,常常期望运算放大器的失调电压能够保持稳定,且不受温度变化的影响。为了解决这个问题,通常采用低温漂类型的运算放大器来实现。为了实现这一目标,我们设计了一款低温漂型的运算放大器。
10.实现可编程控制的运算放大器
在使用仪器仪表时,必须考虑到其量程的限制,这是不可避免的。一般情况下是用一个比较大的电压表来测量被测信号,然后把这个被测信号传送给运算放大器。为了实现恒定的电压输出,必须对运算放大器的放大倍数进行调整。
通用集成运算放大器是一种高电压增益、高输入阻抗、低输出阻抗的多级直接耦合放大器,虽然种类及电路多种多样,但结构具有共同之处,差分输入级:由差分放大器组成,获得低零点漂移及高共模抑制比、高输入阻抗,并可实现差动输入信号的放大。电压放大级:通常起双端变单端(将差动放大器的双端输入变换成单端输出)和电平移动的作用。这一级是通用型运算放大器的主要电压增益级。偏置电路:为各级放大电路设置合适的静态工作点(主要包括电压偏置电路、恒流源和有源负载等)。输出级:输出以零电平为中心有一定电流大小的正负电压,一般由电压跟随器或互补电压跟随器组成,以降低输出电阻,提高带负载能力。