运算放大器发明至今已有数十年的历史,从最早的真空管演变为如今的集成电路,它在不同的电子产品中一直发挥着举足轻重的作用。而现如今信息家电、手机、PDA、网络等新兴应用的兴起更是将本次专题的主角--运算放大器推向了一个新的高度。本次专题就来带你了解一下它吧!
运放是运算放大器的简称。

在实际电路中,通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。由于早期应用于模拟计算机中,用以实现数学运算,故得名“运算放大器”,此名称一直延续至今。运放是一个从功能的角度命名的电路单元,可以由分立的器件实现,也可以实现在半导体芯片当中。随着半导体技术的发展,如今绝大部分运放是以单片的形式存在。现今运放的种类繁多,广泛应用于几乎所有的行业当中。

- 运算放大器的发展史 -
  • 1

    1941年:贝尔实验室的爱,还走在路上“我要上厕所。”Karl D. Swartzel Jr.发明了真空管组成的第一个运算放大器,并取得美国专利2,401,779,命名为“Summing Amplifier”;

  • 2

    1952年:首次作为商业产品贩售的运算放大器是George A. Philbrick Researches(GAP/R)公司的真空管运算放大器,型号K2-W;

  • 3

    1963年:第一个以集成电路单一芯片形式制成的运算放大器是Fairchild Senmiconductors的Bob Widlar所设计的μA702,1965年经改后推出μA709;

  • 4

    1968年:Fairchild半导体公司第一章第1节 执行死刑也要压迫它推出的μA741。迄今为止仍然在生产使用,他是有史以来最成功的运算放大器,也是极少数最长寿的IC型号之一。

- 运算放大器的分类 -
  • 通用型运放

    其性能指标能适合于一般性(低频以及信号变化缓慢)使用,例如741A,LM358(双运放),LM324及场效应管为输入级的LF356.

  • 高阻型运放

    这类运放的特点是差模输入阻抗非常高,输入偏置电流非常小。实现这些指标的主要措施是利用场效应管的高输入阻抗的特点,但第二节演绎推理“不要过去了。”这类运放的输入失调电压较大。这类运放有LF356、LF355、LF347、CA3130、CA3140等。

  • 低温漂型运放

    在精密仪器、弱信号检测等自动控制仪表中,希望运放的失调电压要小,且不随温度的变化而变化。底温漂型运放就是为此设计的。目前常用的低温漂型运放有OP07、OP27、OP37、AD508及MOSFET组成的斩波稳零型低温漂移器件ICL7650等。

  • 高速型运放

    在快速A/D及D/A以及在视频放大器中,要求运放的转换速率SR一定要高,单位增益带宽BWG一定要足够大。常见的运放有LM318、175A等。

  • 低功耗型运放

    由于便携式仪器应用范围的扩大,必须使用低电源电压供电、低功耗的运放。常用的低功耗运放有TL-022C,TL-160C等。

  • 高压大功率型运放

    运放的输出电压主要受供电电源的限制。在普通运放中,输出的电压最大值一般仅有几十伏,输出电流仅几十毫安,若要提高多输出电压或输出电流,运放外部必须要加辅助电路。高压大功率运放外部不需要附加任何电路,即可输出高电压和大电流。

- 运算放大器的特点 -
  • •主要特点:
  • 输入电阻很高,输出电阻很小,电压放大倍数很大,零点漂移很小。
  • •理想运放工作在线性区的特点:
  • ◊ 虚地 “虚地”是指在分析运算放大器处于线性状态时,工作在反相输入状态下,反相输入端的电位为零,这一特性称为虚假接地,简称虚地。
    ◊ 虚短 “虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时,可把两输入端视为等电位,这一特性称为虚假短路,简称虚短。但不能将两输入端真正短路。
    ◊ 虚断 “虚断”是指在分析运放处于线性状态时,可以把两输入端视为等效开路,这一特性称为虚假开路,简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。

通常使用运算放大器时,会将其输出端与其反相输入端(inverTIng input node)连接,形成一负反馈(negaTIve feedback)组态。原因是运算放大器的电压增益非常大,范围从数百至数万倍不等,使用负反馈方可保证电路的稳定运作。但是这并不代表运算放大器不能连接成正回馈(positive feedback),相反地,在很多需要产生震荡讯号的系统中,正回馈组态的运算放大器是很常见的组成元件。