运算放大器的分类与运算放大器在使用中的注意事项

　　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。运放的种类繁多，广泛应用于几乎所有的行业当中。实际运算放大器的增益是有限值，而且随频率的升高而降低；其输入阻抗不是无穷大，输出阻抗也不等于零。

　　

　　运算放大器的分类：

　　为满足实际使用中对集成运放性能的特殊要求，除性能指标比较适中的通用型运放外，发展了适应不同需要的专用型集成运放。它们在某些技术指标上比较突出。

　　根据运算放大器的技术指标可以对其进行分类，主要有通用、高速、宽带、高精度、高输入电阻和低功耗等几种。

　　1. 通用型

　　通用型运算放大器的技术指标比较适中，价格低廉。通用型运放也经过了几代的演变，早期的通用Ⅰ型运放已很少使用了。以典型的通用型运放CF741（mA741）为例，输入失调电压1～2mV、输入失调电流20nA、差模输入电阻2MW，开环增益100dB、共模抑制比90dB、输出电阻75W、共模输入电压范围±13 V、转换速率0.5V/ms。

　　2. 高速型和宽带型

　　用于宽频带放大器、高速A/D和D/A，高速数据采集测试系统。这种运放的单位增益带宽和压摆率的指标均较高，用于小信号放大时，可注重fH或fc，用于高速大信号放大时，同时还应注重SR。

　　例如：

　　

　　3. 高精度（低漂移型）

　　用于精密仪表放大器，精密测试系统，精密传感器信号变送器等。

　　例如：

　　

　　4. 高输入阻抗型

　　用于测量设备及采样保持电路中。

　　例如：

　　

　　5. 低功耗型

　　用于空间技术和生物科学研究中，工作于较低电压下，工作电流微弱。

　　例如： OP22 正常工作时，静态功耗可低至36μW。

　　OP290 在±0.8V电压下工作，功耗为24μW。

　　CF7612 在±5V电压下工作，功耗为50μW。

　　6. 功率型

　　这种运放的输出功率可达1W以上，输出电流可达几个安培以上。

　　例如： LM12 I0 ＝ 10A

　　TP1465 I0 ＝ 0.75A

　　运算放大器使用的注意事项

　　运算放大器是作为最通用的模拟器件，广泛用于信号变换调理、ADC采样前端、电源电路等场合中。虽然运放外围电路简单，不过在使用过程中还是有很多需要注意的地方。

　　1、注意输入电压是否超限

　　图1是ADI的OP07数据表中的输入电气特性的一部分，可以看到在电源电压±15V的条件下，输入电压的范围是±13.5V，如果输入电压超出范围，那么运放就会工作不正常，出现一些意料不到的情况。

　　而有一些运放标注的不是输入电压范围，而是共模输入电压范围，如图1-2是TI的TLC2272数据表的一部分，在单电源+5V的条件下，共模输入范围是0-3.5V.其实由于运放正常工作时，同相端和反相端输入电压基本是一致的（虚短虚断），所以“输入电压范围”与“共模输入电压范围”都是一样的意思。

　　

　　2、不要在运放输出直接并接电容

　　在直流信号放大电路中，有时候为了降低噪声，直接在运放输出并接去耦电容（如图2-1）。虽然放大的是直流信号，但是这样做是很不安全的。当有一个阶跃信号输入或者上电瞬间，运放输出电流会比较大，而且电容会改变环路的相位特性，导致电路自激振荡，这是我们不愿意看到的。

　　正确的去耦电容应该要组成RC电路，就是在运放的输出端先串入一个电阻，然后再并接去耦电容（如图2-2）。这样做可以大大削减运放输出瞬间电流，也不会影响环路的相位特性，可以避免振荡。

　　

　　3、不要在放大电路反馈回路并接电容

　　如图3-1所示，同样是一个用于直流信号放大的电路，为了去耦，不小心把电容并接到了反馈回路，反馈信号的相位发生了改变，很容易就会发生振荡。所以，在放大电路中，反馈回路不能加入任何影响信号相位的电路。由此延伸至稳压电源电路，如图3-2，并接在反馈脚的C3是错误的。为了降低纹波，可以把C3与R1并联，适当增大纹波的负反馈作用，抑制输出纹波。

　　

　　4、注意运放的输出摆幅

　　任何运放都不可能是理想运放，输出电压都不可能达到电源电压，一般基于MOS的运放都是轨对轨运放，在空载情况下输出可以达到电源电压，但是输出都会带一定的负载，负载越大，输出降落越多。基于三极管的运放输出幅度的相对值更小，有的运放输出幅度比电源电压要小2~6V，比如NE5532.图4-1就是TI的TLC2272在+5V供电的输出特性，它属于轨对轨运放，如果用该器件作为ADC采样的前级放大（如图4-2），单电源+5V供电，那么当输入接近0V的时候，输入和输出变得非线性的了。解决的方法是引入负电源，比如在4脚加入-1V的负电源，这样在整个输入范围内，输出与输入都是线性的了。

　　

　　5、注意反馈回路的Layout

　　反馈回路的元器件必须要靠近运放，而且PCB走线要尽量短，同时要尽量避开数字信号、晶振等干扰源。反馈回路的布局布线不合理，则会容易引入噪声，严重会导致自激振荡。

　　6、要重视电源滤波

　　运放的电源滤波不容忽视，电源的好坏直接影响输出。特别是对于高速运放，电源纹波对运放输出干扰很大，弄不好就会变成自激振荡。所以最好的运放滤波是在运放的电源脚旁边加一个0.1uF的去耦电容和一个几十uF的钽电容，或者再串接一个小电感或者磁珠，效果会更好。