苏州工业园区职业技术学院毕业论文（设计）
一、运放电路的发展与基本知识
1.1 运放电路的基本认识
在现代电子领域的集成电路家族中，集成运算放大器IC OperationalAmplifier(简称运放)是20世纪60年代才被研制成功，并且最早应用于实际的单元线性集成电路。根据不同电路的需要和场合．集成运算放大器可广泛应用于当今世界上所有的电子设备和装置中。在音响、影视器材设备中集成运算放大器更是起着举足轻重的作用。
要掌握好对运放的灵活应用，有必要对运放的基本性能、特点、参数等知识有大致的了解。大家知道，现在通常使用的运放都属于线性模拟集成电路范畴，这是相对于分立的元器件（如晶体管）而言，但在作电路分析时，相对于电路中的功能单元而言，运放又可以被认为是特殊的分立器件。运放除了具备集成电路的共性优点外，还具有自身独特的优点：成本最低、用途最广、互换性最好（能与国际间的同类产品或类似品互换）。
当运放的外围电路接入不同形式的反馈网络之后，便能实现多种基本电路功能。 1.可用作放大器（如音频、视频放大、交流直流放大、微分放大和对数放大器等等）； 2.可作模拟运算（如加法器、减法器、积分器、微分器、换码器、系数均衡器等等）； 3.可作有源滤波器（如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等等）； 4.可作振荡器（如正弦波振荡器、非正弦波振荡器、多谐振荡器等等）； 5.可作恒定电源（如稳压源、恒流源等等）；
6.可作转换器（如电流／电压转换器、频率／电压转换器、数／模转换器、比较器、电压跟随器等等）； 7.可构成各种非线性电路（如高效检波器、限幅器、高频检波器、对数转换器、乘法器等等）；由于运放用途广泛，因此各种门类齐全、型号众多的运放也就不断应运而生。尽管是五花八门，但其发展方向是共同的。随着科学技术的发展，运放各项特性指标也更接近理想化标准。
1.2 运放主要指标
理想的运放主要指标是： 1.增益为无穷大； 2.通频带为无穷宽;
3.同相与反相输入端之间阻值无穷大，同相反相两输入端与公共地之间的阻抗无穷大； 4.输出电流容量为无穷大； 5.输出阻抗为零； 6.输入失调电压为零； 7.输入电流为零；
8.只放大差模信号，而完全抑制共模信号； 9.以上各项指标不受任何温度和湿度的影响。 但是，目前被实际使用的运放特性指标是：
1
苏州工业园区职业技术学院毕业论文（设计）
1.电压增益相当大； 2.通频带相当宽；
3.能作反相或同相的差分放大； 4.输入阻抗相当大； 5.输出阻抗很小； 6.直流失调可设计到最小； 7.可进行温度补偿；
8.可加深度负反馈，以改善高频特性； 9.输出级可输出最大额定电流；
10.在差分输入状态下，对共模信号的抑制能力好（即共模抑制比高）。
以上说明实际中使用的运放特性与理想中的运放特性还存在一定距离，其指标差异对照见表1。当然随着科技的发展，这种距离和差异正在逐步缩小，新一代运放的质量性能指标已接近理想化的运放。我们了解这两种不同情况下的指标差异，将有助于有的放矢地选择合适的运放应用到实际电子线路中
1.3 集成运算放大器的分类和选择
运放所构成的典型放大电路如图1所示。运放的引出端有同相输入端、反相输入端、输出端、正电源端、负电源端、接地端、补偿端（如图中所作频率补偿电路用）、偏置端、调零端等等。其中前五种为基本引出端。运放的电路符号如图2所示，其中“＋”代表同相输入端（即正输入端），“－”代表反相输入端（即负输入端）、Vo处的端子为输出端，还有两个为正、负电源电压输入端。
2
苏州工业园区职业技术学院毕业论文（设计）
由于各型号运放种类繁多，而且还在不断推陈出新，在Hi-Fi音响领域，运放本身性能的差异，决定着某一音响系统的质量档次。因此，有选择地更换新型运放，已作为使各类音响器材设备升级换代的一项主要举措，发烧友称此为“摩机”。为避免“摩机”中的盲目性，首先有必要熟悉各类运放的参数、性能和指标，然后按音响电路的要求挑选合适的运放。因此对各种运放分类的了解是选择运放的基础。
1.通用型运算放大器
这种运放具有价廉而应用范围广的特征。但目前对通用型的定义还不十分明确，此型的性能尚没有明确的标准。可以大致认为，在不要求有突出参数指标情况下使用的运放就称之为通用型。但是，由于运放的整体性能普遍提高，通用型的标准也有相对上浮趋势。即过去的某些高性能运放，现在可能就变成了通用型。
根据实际参数指标，目前下列运放被划分为通用型：单运放系列中的uA709、uA741、MC1456、LM301A、LF351、TL081等；双运放系列中的LM358、RC4558、MC1458、LF353、TL082等；四运放系列中的LM324、MC3403、LF347、TL084等。其中，uA709、uA741、
3
苏州工业园区职业技术学院毕业论文（设计）
LM358等通用型运放已被划到使用范围之外。
2.特殊型（即高性能型）运算放大器与通用型运放相比，部分性能指标特别优良的运放产品便被称之为高性能型。由于高性能型运放也没有严格的区分标准，只能把其中某项或某几项参数指标高于通用型运放指标的称之为特殊型运放。如根据某一特性参数分类，可以分为以下几种类型：
（1）低输入偏流型。当运放的输入偏流为零时，便是理想的运放。其输入偏流IB ，是用运放的两个输入端电流平均值来定义的，因此该值越小，性能越高。当环境温度T＝25℃时，不同结构不同类型的低输入偏流型运放，其偏流值应在以下规定范围内：
双极型运放：25nA～lμA
场效应管输入型运放：1μμA～50μμA MOS输入型运放：0.1μμA CMOS输入型运放：0.1μμA
采用低偏流放大器的电路有：小电流测定电路、需要高阻抗的电路、积分器、电流/电压转换器、高阻抗转换器等。
（2）低输入失调电压型。当无信号时，运放的正、负输入端子之间产生的电压被称为输入失调电压Vos。显然，该值为零时是理想的。因此，其值越小，越接近零的就是性能优良的运放。就一般而言，当环境温度T＝25℃时，输入失调电压指标若在1mV以下便为低输入失调电压。
（3）低漂移型。所谓漂移，是指随着环境温度的变化和时间的推移，运放的某些特性发生变化，显然，这种变化越小便是性能好的运放。其特性随温度变化的被称为温度漂移（简称温漂）；其特性随时间变化的就称为时间漂移（简称时漂）。输入失调电压的温度漂移是用每1℃的增量所引起输入失调电压的变化量来表示的；而失调电压的时间漂移是用一个月（或一年）所引起的失调电压的变化量来表示的。当然，其它参数也会产生漂移，也有稳定的必要，但是其中以输入失调电压的漂移对运放应用电路的影响最大。一般而言，在运放的工作温度范围内, 输入失调电压的最大温漂如在5μV／℃以下，就可被称为低漂移运放。
（4）高速型、宽频带型。高速型运放，是根据当加入运放输入端信号变化时，输出端能作出如何跟随反应来判定的。为了鉴别运放输出端的跟随能力，常用转换速率SR（Slew Rate）的大小来确定。在大信号条件下，把阶跃输入（即输入信号电压的最小值向最大值阶跃变化）施加于运放的正、负输入端之间时，该运放输出电压随时间的最大变化率就称之为转换速率。转换速率通常用单位V /μS来表示。通用型运放的转换速率规定在5V/μS以下，而转换速率在5V/μS以上者即为高性能运放。宽频带型运放，是用运放的最高工作频率来定义的。工作频率越高，输入参数的变化量越大，显然，转换速率越大的运放，越可以认为是宽频带型运放。
然而，根据运放的使用目的，在小信号状态下和在大信号状态下，宽频带型的定义是不同的。在小信号条件下使用的运放是用单位增益带宽（在开环状态下使其增益下降到直流增益的0dB时所对应的输入工作频率，用fT或GB表示）来定义的；在大信号条件下工
4
苏州工业园区职业技术学院毕业论文（设计）
作的运放是用最大输出带宽（不失真的最大输出的频率）、或增益带宽积GBW(在开环增益下降至直流增益的－3dB时所对应的输入信号频率称为增益带宽，增益带宽与增益的乘积就称为增益带宽积）、或转换速率来定义的。所以选择应用在Hi-Fi音响电路中的运放，既要考虑工作在小信号条件下，同时也能工作在大信号条件下，因此，必须将高速型和宽频带型两种特性都予以兼顾来挑选运放，这点对音响效果的体现是否能到位甚为关键，音响发烧友在心目中要有全面衡量标准。
（5）高精度型。高精度型运放是指：测量仪器中使用的运放，在其工作温度范围内，运放能够给予保证的输入失调电压、输入失调电流、输入偏流、共模信号抑制比、电源电压抑制比等一系列参数的最大值或最小值。
（6）高输出电流型。一般半导体材料制成的运放输出电流范围在10～20mA，如果输出电流达到50mA以上者便可称为高输出电流型运放。在混合型结构的集成运放中，还有输出电流达到1A以上的产品，也就是在音响器材中经常采用的功率放大集成模块，如目前较有名气的LM1875，TDA1514、LM3886等等。（7）高电源电压（高电压）型。普通运放工作电源电压的典型值是±15V，能接纳工作电源电压在±20V以上的运放，便被称为高电源电压型（简称为高电压型）。这种运放也意味着具有较大的动态范围。
（8）低功耗型（微功耗型）。一般运放的静态输入功率在50mW以上，而低功耗型运放在电源电压为±15V的条件下工作时，其静态功耗仅在5mW以下。而且低功耗型运放可在低电源电压（±3V以下）条件下工作，此时的静态功耗在1mW以下，故又称为微功耗型。因此，这种运算放大器也适用于在干电池供电的条件下工作。
（9）低噪型。一般运放的输入换算噪声电压en在10μVP－P以上，而低噪声型运放的输入噪声电压en在2μVP－P以下，输入噪声密度en在10V/√Hz以下。这一参数对信号经运放放大后输出的质量尤为重要。
3.根据制造运放的不同材料和电路结构的不同形式，又可以将运放分成以下几类： （1）双极型运算放大器。最早的集成运放由双极型晶体管构成。到目前为止，大部分集成运放仍属于双极型运放。但随着电子和半导体技术的发展，采用结型场效应管和MOS型场效应管结构的运放也应运而生。所以，现在把集成运放的输入差分放大级采用双极型晶体管的运放称为双极型运放。只是在双极型输入差分放大级中有采用NPN型还是采用PNP型的区别。
（2）结型场效应管输入运算放大器。这种运放内部电路中大多是由双极型品体管构成，只是在输入差分放大级中采用了结型场效应管。由于输入级采用了场效应管，可使运放输入阻抗变高，输入偏流变小。但是，结型场效应管的温度漂移较大，温度每上升10℃，输入偏流约增加1倍，对此在选择运放时应加以注意。
（3） MOS型场效应管输入运算放大器。这种运放在输入差分放大级采用了MOS型场效应管。输入阻抗几乎可以达到无穷大。因此，输入信号泄漏电流极小，只能用0.1μμA数量级的微小值来表示，此项特性参数已非常接近理想值。
（4） CMOS型运算放大器。这种运放内部电路中所有晶体管完全用CMOS型场效应管构成，因此具有输入阻抗高、静态电流小、工作噪音小、转换速率高等特点。这种运放
5