运算放大器简介_运算放大器介绍

2020-02-28 其他范文下载本文

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运算放大器简介

运算放大器是运用得非常广泛的一种线性集成电路。而且种类繁多，在运用方面不但可对微弱信号进行放大，还可做为反相、电压跟随器，可对电信号做加减法运算，所以被称为运算放大器。不但其他地方应用广泛，在音响方面也使用得最多。例如前级放大、缓冲，耳机放大器除了有部分使用分立元件，电子管外，绝大部分使用的还是集成运算放大器。而有时候还会用到稳压电路上，制作高精度的稳压滤波电路。

各种运放由于其内部结构的不同，产生的失真成分也不同，所以音色特点也有一定的区别。本来我们追求的是高保真，运放应该是失真最低，能真实还原音乐，没有个性的最好。但是由于要配合其他音响部件如数码音源、后级功放管等如果偏干、偏冷则可搭配音色细腻温暖型的运放，而太过阴柔、偏软的则可搭配音色较冷艳、亮丽的运放，做到与整机配合，取长补短的最佳效果。所以说并不是选择越贵的运放得到的效果就一定越好，搭配很重要，达到听感上最好才算达到目的。如果是应用在低电压的模拟滤波电路中，还要选择对低电压工作性能良好的运放种类。市面上的运放种类不下五六百种，GBW带宽在5M以上的也有三百多种，最高的已达300MHZ，转换速率在5V/us以上的也不下几百种，最高达3000V/us。以上介绍的几种被音响发烧友们炒得火热的，其实还有大量未被大家熟知的上乘佳品可供选择，大家不必局限于以上几种。一种运放型号的封装也可分为金封、陶封和塑封，一般来说金封、陶封的质量较好，塑封的品质稍差。利益的驱使，什么都有假货，运放也不例外，市面上的假货不少，如果想便宜捡好货，那就要慧眼识珠了，不太在行的在购买时就要注意，宁可多花一块几毛，也要到信誉较好的商家去买。

低档运放JRC4558。这种运放是低档机器使用得最多的。现在被认为超级烂，因为它的声音过于明亮，毛刺感强，所以比起其他的音响用运放来说是最差劲的一种。不过它在我国暂时应用得还是比较多的,很多的四、五百元的功放还是选择使用它，因为考虑到成本问题和实际能出的效果,没必要选择质量超过5532以上的运放。

对于一些电脑有源音箱来说，它的应付能力还是绰绰有余的运放之皇5532。如果有谁还没有听说过它名字的话，那就还未称得上是音响爱好者。这个当年有运放皇之称的NE5532，与LM833、LF353、CA3240一起是老牌四大名运放，不过现在只有5532应用得最多。5532现在主要分开台湾、美国和PHILIPS生产的，日本也有。最好的是带大S标志的美国产品，市面上要正宗的要卖8元以上，自从SIGNE被PHILIPS收购后，生产的5532商标使用的都是PHILIPS商标，质量和原品相当，只需4－5元。而台湾生产的质量就稍微差一些，价格也最便，两三块便可以买到了。

NE5532的封装和4558一样，都是DIP8脚双运放，5532的内部为JFET（结型场效应管结构）,声音特点总体来说属于温暖细腻型，驱动力强，但高音略显毛糙，低音偏肥。以前不少人认为它有少许的“胆味”，不过现在比它更有胆味的已有不少，相对来说就显得不是那么突出了。5532的电压适应范围非常宽，从正负3V至正负20V都能正常工作。它虽然是一个比较旧的运放型号，但现在仍被认为是性价比最高的音响用运放。是属于平民化的一种运放，被许多中底档的功放采用。不过现在有太多的假冒NE5532，或非音频用的工业用品，由于5532的引脚功能和4558的相同，所以有些不良商家还把4558擦掉字母后印上5532字样充当5532，一般外观粗糙，印字易擦掉，有少许经验的人也可以辨别。据说有8mA的电流温热才是正宗的音频用5532。

NE5532还有两位兄弟NE5534和NE5535。5534是单运放，由于它分开了单运放，没有了双运放之间的相互影响，所以音色不但柔和、温暖和细腻，而且有较好的音乐味。它的电压适应范围也很宽，低到正负5V的电压也能保持良好的工作状态。由于以前著名的美国

BGW-150功放采用5534作电压激励时，特意让正电源电压高出0.7V，迫使其输出管工作于更完美的甲类状态，使得音质进一步改善，所以现在一般都认为如果让正电源高出0.7V音质会更好。5534的引脚功能见，价格和5532相当。而NE5535是5532的升级产品，其特点是内电路更加简洁，且输出级采用全互补结构。转换速率比5532更高。不过有个缺点就是噪声较大，频带不够宽，底电压工作时性能不够好，所以用于模拟滤波时效果不如5532理想。但在工作电压大于或等于15V时用作线形放大电路，音乐味会比5532好一些，所以其价格也比5532要贵两三元，其引脚功能和5532一样。

双运放AD827。这枚是AD公司的较新产品，它原本是为视频电路设计的，所以它的增益带宽达50MHZ，SR达到300V/us，它与EL2244一样都是目前市场上电压反馈型双运放的顶级货，一般的运放难望其项背。其高频经营剔透，低频弹跳感优越，其性能指标与实际听感全面胜过其他很多同类产品，音质被一些人形容为无懈可击。且在正负5V的供电下仍有优异的性能。但其价格也稍微昂贵，30多元。脚位功能和5532相同。

双运放OP249。该运放是美国PMI公司的产品，厂家声称是用以取代OP215、LT1057等运放的，LT1057是属于动态大，解析力高，音色冷艳清丽的一种，搭配东芝的暖色名管就很合适。而OP249则和它不同，其输入级采用JFET，主要特点是显中性，无什么个性，声音平衡、自然而准确，所以体现了HIFI的真谛。塑封的才15元，陶瓷封装30多元，具有较高的性价比。不过要是对音色的喜好有偏重的朋友可能不大喜欢。

双运放OP275、OP285：它们也是PMI公司的产品，内部电路采用双级型与JFET型混合结构。其音色很有个性，低噪声，声音轮廓鲜明，解析力高，声音柔顺，中频具有胆机柔美润泽的特点，人声亲近。价格适中，而且性能稳定。适合用来打摩声音单薄、毛糙的CD、解码或放大器。它们的封装形式和引脚功能也和5532一样。OP275现在的市面价格为10元、OP285 15元。

顶级运放OPA627。BB公司的OPA627是目前为止最高档的运放，也是采用场效应管输入方式，音色温暖迷人，但其价格简直吓人，用到这么昂贵的运放，性能上是否能达到这个价格也见仁见智，不过听过OPA627的发烧友都一致认为AD827、LT1057等根本无法与之比拟。

胆味运放OPA604与OPA2604。这两种运放都是Burr Brown公司的产品，OPA604为单运放，OPA2604为双运放。它们都是专为音频而设计的专用运放，音色醇厚、圆润，中性偏暖、胆味甚浓，是被誉为最有电子管音色的运算放大器。当年的价格也不低，但还是被许多音响发烧友选为摩机升级机器的对象。现在这两种运放的价格都已较为合理，OPA604为25元，OPA2604要40多元，发烧友用来摩机是不错的选择。

运算放大器（常简称为“运放”）是具有很高放大倍数的电路单元。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，如今绝大部分的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。编辑本段历史

运算放大器最早被发明作为模拟信号的运算单元，是模拟电子计算机的基本组成部件，由真空电子管组成。

第一块集成运放电路是美国仙童（fairchild）公司发明的μA741，在60年代后期广泛流行。直到今天μA741仍然是各大学电子工程系中讲解运放原理的典型教材。

编辑本段原理

运放如上图有两个输入端a,b和一个输出端o.也称为倒向输入端(反相输入端),非倒向输入端(同相输入端)和输出端.当电压加U-加在a端和公共端(公共端是电压的零位,它相当于电路中的参考结点.)之间,且其实际方向从a端指向公共端时,输出电压U实际方向则自公共端指向o端,即两者的方向正好相反.当输入电压U+加在b端和公共端之间,U与U+两者的实际方向相对公共端恰好相同.为了区别起见,a端和b端分别用”-“和”+”号标出,但不要将它们误认为电压参考方向的正负极性.电压的正负极性应另外标出或用箭头表示.反转放大器和非反转放大器如下图：

一般可将运放简单地视为：具有一个信号输出端口（Out）和同相、反相两个高阻抗输入端的高增益直接耦合电压放大单元，因此可采用运放制作同相、反相及差分放大器。

运放的供电方式分双电源供电与单电源供电两种。对于双电源供电运放，其输出可在零电压两侧变化，在差动输入电压为零时输出也可置零。采用单电源供电的运放，输出在电源与地之间的某一范围变化。

运放的输入电位通常要求高于负电源某一数值，而低于正电源某一数值。经过特殊设计的运放可以允许输入电位在从负电源到正电源的整个区间变化，甚至稍微高于正电源或稍微低于负电源也被允许。这种运放称为轨到轨（rail-to-rail）输入运算放大器。

运放的输出电位通常只能在高于负电源某一数值，而低于正电源某一数值之间变化。经过特殊设计的运放可以允许输出电位在从负电源到正电源的整个区间变化。这种运放成为轨到轨（rail-to-rail）输出运算放大器。

运算放大器的输出信号与两个输入端的信号电压差成正比，在音频段有：输出电压=A0

（E1-E2），其中，A0是运放的低频开环增益（如100dB，即100000倍），E1是同相端的输入信号电压，E2是反相端的输入信号电压。

编辑本段类型

按照集成运算放大器的参数来分,集成运算放大器可分为如下几类。

1．通用型运算放大器

通用型运算放大器就是以通用为目的而设计的。这类器件的主要特点是价格低廉、产品量大面广,其性能指标能适合于一般性使用。例μA741（单运放）、LM358（双运放）、LM324（四运放）及以场效应管为输入级的LF356都属于此种。它们是目前应用最为广泛的集成运算放大器。

2．高阻型运算放大器

这类集成运算放大器的特点是差模输入阻抗非常高,输入偏置电流非常小,一般rid＞

1GΩ~1TΩ,IB为几皮安到几十皮安。实现这些指标的主要措施是利用场效应管高输入阻抗的特点,用场效应管组成运算放大器的差分输入级。用FET作输入级,不仅输入阻抗高,输入偏置电流低,而且具有高速、宽带和低噪声等优点,但输入失调电压较大。常见的集成器件有LF355、LF347（四运放）及更高输入阻抗的CA3130、CA3140等。

3．低温漂型运算放大器

在精密仪器、弱信号检测等自动控制仪表中,总是希望运算放大器的失调电压要小且不随温度的变化而变化。低温漂型运算放大器就是为此而设计的。目前常用的高精度、低温漂运算放大器有OP07、OP27、AD508及由MOSFET组成的斩波稳零型低漂移器件ICL7650等。

4．高速型运算放大器

在快速A/D和D/A转换器、视频放大器中,要求集成运算放大器的转换速率SR一定要高,单位增益带宽BWG一定要足够大,像通用型集成运放是不能适合于高速应用的场合的。高速型运算放大器主要特点是具有高的转换速率和宽的频率响应。常见的运放有LM318、μA715等,其SR=50~70V/ms,BWG＞20MHz。

5．低功耗型运算放大器

由于电子电路集成化的最大优点是能使复杂电路小型轻便,所以随着便携式仪器应用范围的扩大,必须使用低电源电压供电、低功率消耗的运算放大器相适用。常用的运算放大器有TL-022C、TL-060C等,其工作电压为±2V~±18V,消耗电流为50~250μA。目前有的产品功耗已达μW级,例如ICL7600的供电电源为1.5V,功耗为10mW,可采用单节电池供电。

6．高压大功率型运算放大器

运算放大器的输出电压主要受供电电源的限制。在普通的运算放大器中,输出电压的最大值一般仅几十伏,输出电流仅几十毫安。若要提高输出电压或增大输出电流,集成运放外部必须要加辅助电路。高压大电流集成运算放大器外部不需附加任何电路,即可输出高电压和大电流。例如D41集成运放的电源电压可达±150V,μA791集成运放的输出电流可达1A。编辑本段主要参数

1.共模输入电阻(RINCM)

该参数表示运算放大器工作在线性区时，输入共模电压范围与该范围内偏置电流的变化量之比。

2.直流共模抑制(CMRDC)

该参数用于衡量运算放大器对作用在两个输入端的相同直流信号的抑制能力。

3.交流共模抑制(CMRAC)

CMRAC用于衡量运算放大器对作用在两个输入端的相同交流信号的抑制能力，是差模开环增益除以共模开环增益的函数。

4.增益带宽积(GBW)

增益带宽积AOL * ƒ是一个常量，定义在开环增益随频率变化的特性曲线中以-20dB/十倍频程滚降的区域。

5.输入偏置电流(IB)

该参数指运算放大器工作在线性区时流入输入端的平均电流。

6.输入偏置电流温漂(TCIB)

该参数代表输入偏置电流在温度变化时产生的变化量。TCIB通常以pA/°C为单位表示。