運算放大器發(fā)明至今已有數(shù)十年的歷史，從最早的真空管演變?yōu)槿缃竦募呻娐罚诓煌碾娮赢a(chǎn)品中一直發(fā)揮著舉足輕重的作用。而現(xiàn)如今信息家電、手機、PDA、網(wǎng)絡(luò)等新興應(yīng)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(jié)合反饋網(wǎng)絡(luò)共同組成某種功能模塊。由于早期應(yīng)用于模擬計算機中，用以實現(xiàn)數(shù)學(xué)運算，故得名“運算放大器”，此名稱一直延續(xù)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(xiàn)，也可以實現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片當中。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，如今絕大部分運放是以單片的形式存在。現(xiàn)今運放的種類繁多，廣泛應(yīng)用于幾乎所有的行業(yè)當中。

- 運算放大器的發(fā)展史 -
  • 1

    1941年：貝爾實驗室的Karl D. Swartzel Jr.發(fā)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(yè)產(chǎn)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(shè)計的μA702,1965年經(jīng)改后推出μA709；

  • 4

    1968年：Fairchild半導(dǎo)體公司推出的μA741。迄今為止仍然在生產(chǎn)使用，他是有史以來最成功的運算放大器，也是極少數(shù)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(yīng)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(xiàn)這些指標的主要措施是利用場效應(yīng)管的高輸入阻抗的特點，但這類運放的輸入失調(diào)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(diào)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(shè)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(wěn)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(zhuǎn)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(yīng)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(shù)很大，零點漂移很小。
  • •理想運放工作在線性區(qū)的特點：
  • ◊ 虛地 “虛地”是指在分析運算放大器處于線性狀態(tài)時，工作在反相輸入狀態(tài)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(tài)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(tài)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(tài)。原因是運算放大器的電壓增益非常大，范圍從數(shù)百至數(shù)萬倍不等，使用負反饋方可保證電路的穩(wěn)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(chǎn)生震蕩訊號的系統(tǒng)中，正回饋組態(tài)的運算放大器是很常見的組成元件。