介紹集成運(yùn)算放大器主要分類及結(jié)構(gòu)組成

集成運(yùn)算放大器的電路構(gòu)成包括輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)以及偏置電路，這四個(gè)基本組成部分共同構(gòu)成了該放大器的電路結(jié)構(gòu)。輸入級(jí)是實(shí)現(xiàn)低噪聲、高增益功能的主要部件之一。為了提高運(yùn)算放大器的質(zhì)量，必須確保其輸入電阻高、零點(diǎn)漂移小、干擾信號(hào)抑制強(qiáng)，這是關(guān)鍵的輸入級(jí)要求。輸入級(jí)可以用電容或電感作為補(bǔ)償元件，也可用電感器來(lái)改善性能。采用差分放大電路作為輸入級(jí)，該電路具有同相和反相兩個(gè)輸入端，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大。在這兩輸入端間串聯(lián)一個(gè)電容或電感，以降低它們之間的互感影響，使之達(dá)到所需要的水平。為了實(shí)現(xiàn)中間級(jí)的電壓放大，需要采用共發(fā)射極放大電路，其電壓放大倍數(shù)應(yīng)當(dāng)達(dá)到較高水平。前置級(jí)主要完成對(duì)負(fù)反饋回路中噪聲信號(hào)的濾除。為了實(shí)現(xiàn)輸出級(jí)與負(fù)載的連接，需要確保其輸出電阻低、帶負(fù)載能力強(qiáng)，并且能夠輸出足夠大的電壓和電流，這通常需要使用互補(bǔ)對(duì)稱電路或射極輸出器。本文著重討論差動(dòng)式放大器中的一個(gè)重要組成部分——偏置電路。偏置電路的功能在于為各級(jí)電路提供穩(wěn)定且適宜的偏置電流，以決定它們的靜態(tài)工作點(diǎn)，通常由多種恒流源電路構(gòu)成。

根據(jù)運(yùn)算放大器的參數(shù)分類，可將其歸為10個(gè)不同的類別:

1.這款放大器是一款適用于各種場(chǎng)景的集成式放大器

通用型集成運(yùn)算放大器的技術(shù)參數(shù)恰到好處，足以滿足大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)景的需求。因此，在許多場(chǎng)合下，可以不考慮選用哪種類型的集成運(yùn)算放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電路的功能。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使得這類器件有了更高的性能價(jià)格比。這類器件以其經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的價(jià)格和廣泛的產(chǎn)品量而著稱，其性能指標(biāo)可適用于廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。

2.一款高度精密的集成計(jì)算放大器

高精度集成運(yùn)算放大器指的是那些具有極低失調(diào)電壓、極小溫度漂移以及極高增益和共模抑制比的運(yùn)算放大器。目前市場(chǎng)上出售的高性能運(yùn)放一般都采用了單片結(jié)構(gòu)。單片高精度集成運(yùn)算放大器所產(chǎn)生的失調(diào)電壓可降至微伏級(jí)別，同時(shí)其溫度漂移范圍也極小，僅為每攝氏度幾十微伏。

3.高速集成運(yùn)算放大器

要求集成運(yùn)算放大器在快速A/D和D/A轉(zhuǎn)換器、視頻放大器中的轉(zhuǎn)換速率SR必須達(dá)到較高水平，有些甚至可以達(dá)到2-3kV/μs的高水平。為了提高其轉(zhuǎn)換效率，必須選擇合適的放大電路結(jié)構(gòu)。為了滿足高速應(yīng)用的需求，單位增益帶寬BWG必須具備足夠的寬度，而通用型集成運(yùn)放則無(wú)法勝任此任務(wù)。目前，采用了許多高性能的集成運(yùn)放來(lái)提高性能，其中最常用的就是高速型運(yùn)算放大器。高速型運(yùn)算放大器之所以備受青睞，是因?yàn)槠滢D(zhuǎn)換速度驚人，頻率響應(yīng)也異常寬廣。

4個(gè)輸入阻抗較高的集成運(yùn)算放大器

高阻抗集成運(yùn)算放大器的輸入阻抗呈現(xiàn)出極高的數(shù)值，而其輸入電流則表現(xiàn)出微不足道的數(shù)值。為了減小它在低頻時(shí)出現(xiàn)的“振蕩”現(xiàn)象和提高其性能，必須對(duì)這種運(yùn)算放大器進(jìn)行高頻補(bǔ)償。通常情況下，這類運(yùn)算放大器的輸入級(jí)別會(huì)使用MOS管。

5.一款低功耗的集成式放大器

在工作日內(nèi)，低功耗的集成運(yùn)算放大器所產(chǎn)生的電流微不足道，電源電壓也極其微小，整個(gè)放大器的功耗僅為數(shù)十微瓦。隨著便攜式儀器應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，電子電路集成化的最大優(yōu)勢(shì)在于其能夠?qū)?fù)雜電路轉(zhuǎn)化為小型輕便的形式，因此需要使用低電源電壓供電、低功率消耗的運(yùn)算放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。

6個(gè)寬頻范圍內(nèi)的集成運(yùn)算放大器

寬頻帶集成運(yùn)算放大器具有廣泛的頻帶，其單位增益帶寬可高達(dá)千兆赫以上，因此在寬頻帶放大電路中得到了廣泛應(yīng)用。

7.這款放大器采用了高壓型集成技術(shù)，以提高運(yùn)算效率

運(yùn)算放大器的輸出電壓受制于電源供應(yīng)的限制，這一限制在很大程度上影響了其性能表現(xiàn)。為了使運(yùn)算放大器工作可靠，應(yīng)盡量減小輸入信號(hào)與放大后的輸出之間的耦合作用。在一般的運(yùn)算放大器中，輸出電壓的最大值通常不超過(guò)數(shù)十伏，而輸出電流則僅有數(shù)十毫安之微小。在高壓大電流集成運(yùn)算放大器的外部，無(wú)需添加任何電路，即可實(shí)現(xiàn)高電壓和大電流的輸出，這是一種非常便捷的方式。這類器件有低壓集成式、中壓集成式等多種形式。8.一款集成了功率和運(yùn)算功能的放大器

9.一款可在低溫環(huán)境下進(jìn)行漂移的運(yùn)算放大器

在自動(dòng)控制儀表中，常常期望運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓能夠保持穩(wěn)定，且不受溫度變化的影響。為了解決這個(gè)問(wèn)題，通常采用低溫漂類型的運(yùn)算放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們?cè)O(shè)計(jì)了一款低溫漂型的運(yùn)算放大器。

10.實(shí)現(xiàn)可編程控制的運(yùn)算放大器

在使用儀器儀表時(shí)，必須考慮到其量程的限制，這是不可避免的。一般情況下是用一個(gè)比較大的電壓表來(lái)測(cè)量被測(cè)信號(hào)，然后把這個(gè)被測(cè)信號(hào)傳送給運(yùn)算放大器。為了實(shí)現(xiàn)恒定的電壓輸出，必須對(duì)運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

通用集成運(yùn)算放大器是一種高電壓增益、高輸入阻抗、低輸出阻抗的多級(jí)直接耦合放大器，雖然種類及電路多種多樣，但結(jié)構(gòu)具有共同之處，差分輸入級(jí)：由差分放大器組成，獲得低零點(diǎn)漂移及高共模抑制比、高輸入阻抗，并可實(shí)現(xiàn)差動(dòng)輸入信號(hào)的放大。電壓放大級(jí)：通常起雙端變單端(將差動(dòng)放大器的雙端輸入變換成單端輸出)和電平移動(dòng)的作用。這一級(jí)是通用型運(yùn)算放大器的主要電壓增益級(jí)。偏置電路：為各級(jí)放大電路設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)(主要包括電壓偏置電路、恒流源和有源負(fù)載等)。輸出級(jí)：輸出以零電平為中心有一定電流大小的正負(fù)電壓，一般由電壓跟隨器或互補(bǔ)電壓跟隨器組成，以降低輸出電阻，提高帶負(fù)載能力。