四类运算放大器的技术发展趋势及其应用热点

集成运算放大器将电路的元器件和连线制作在同一硅片上，制成了集成电路。

随着集成电路制造工艺的日益完善，目前已能将数以千万计的元器件集成在一片面积只有几十平方毫米的硅片上。

按照集成度（每一片硅片中所含元器件数）的高低，将集成电路分为小规模集成电路(简称SSI) ，中规模集成电路(简称MSI), 大规模集成电路(简称LSI)和超大规模集成电路(VLSI)。

运算放大器实质上是高增益的直接耦合放大电路，集成运算放大器是集成电路的一种，简称集成运放，它常用于各种模拟信号的运算，例如比例运算、微分运算、积分运算等，由于它的高性能、低价位，在模拟信号处理和发生电路中几乎完全取代了分立元件放大电路。

集成运放的应用是重点要掌握的内容，此外，本章也介绍集成运放的主要技术指标，性能特点与选择方法。

一、集成运算放大器简介1. 集成运放的结构与符号1. 结构集成运放一般由4部分组成，结构如图1所示。

图1 集成运放结构方框图其中：输入级常用双端输入的差动放大电路组成，一般要求输入电阻高，差摸放大倍数大，抑制共模信号的能力强，静态电流小，输入级的好坏直接影响运放的输入电阻、共模抑制比等参数。

中间级是一个高放大倍数的放大器，常用多级共发射极放大电路组成，该级的放大倍数可达数千乃数万倍。

输出级具有输出电压线性范围宽、输出电阻小的特点，常用互补对称输出电路。

偏置电路向各级提供静态工作点，一般采用电流源电路组成。

2. 特点：142○1 硅片上不能制作大容量电容，所以集成运放均采用直接耦合方式。

○2 运放中大量采用差动放大电路和恒流源电路，这些电路可以抑制漂移和稳定工作点。

○3 电路设计过程中注重电路的性能，而不在乎元件的多一个和少一个 ○4 用有源元件代替大阻值的电阻 ○5 常用符合复合晶体管代替单个晶体管，以使运放性能最好 3. 集成运放的符号从运放的结构可知，运放具有两个输入端v P 和v N 和一个输出端v O ，这两个输入端一个称为同相端，另一个称为反相端，这里同相和反相只是输入电压和输出电压之间的关系，若输入正电压从同相端输入，则输出端输出正的输出电压，若输入正电压从反相端输入，则输出端输出负的输出电压。

电流差分放大器的应用及发展运算放大器历经数十年的发展,从早期的真空管演变为现在的集成电路,根据不同的应用需求主要分化出通用型、低电压/低功耗型、高速型、高精度型四大类运放产品。

一般而言,高速运放主要用于通信设备、视频系统以及测试与测量仪表等产品;低电压/低功耗运放主要面向手机、PDA等以电池供电的便携式电子产品;高精度运放主要针对测试测量仪表、汽车电子以及工业控制系统等。

通用运算放大器应用最广,几乎任何需要添加简单信号增益或信号调理功能的电子系统都可采用通用运放。

信息家电、手机、PDA、网络等新兴应用的兴起,为运算放大器提供了活跃的舞台,同时也对其提出新的技术要求。

近年来消费电子、通讯、网络等应用领域的发展对运放产品也提出新的技术要求，更低功耗、更小封装以及良好的匹配性能都变得十分重要。

为此，设计人员在设计方法上加创新，制造工艺与封装技术的进步也为提升运放性能提供了一定的保证。

在多方因素推动下，下一代运算放大器正朝着速度更快、集成度更高、价格更低的方向发展。

几乎现阶段每个完整的电子产品中都离不开放大器,而放大器性能的提高对电子产品的功能起着重要的决定作用。

说不清是放大器的发展决定了电子产品的发展进程还是电子产品的发展需求推动了放大器的发展空间,从电子产品的发展需求和放大器的发展趋势分析中我们或许可以寻找到答案。

从市场需求的角度看，全球对放大器的需求都保持强势增长。

中国市场也不例外，尤其在消费和通讯领域。

凌特公司信号调理产品线总经理 Erik Soule 表示，“通讯和网络基础设备市场已经开始复苏，未来几年这类设备在中国会有很大增长。

而这些应用都需要高速ADC 驱动器，以及低噪声、低输入偏压运放等产品。

”[1] ADI 公司产品线经理 Curt Ventola 认为，未来放大器市场增长的驱动力主要有三方面：其一，便携式应用的低功耗要求将推动具有低操作电源电压/电流的放大器增长；其二，高分辨率应用需要能降低噪声和失真度的放大器；其三，由于性能和价格压力持续上扬，因此能够集成其他功能的放大器前景乐观。

集成运放的类型及应用集成运放（即集成式运算放大器）是一种高增益、高输入阻抗以及低输出阻抗的电子放大器，广泛应用于电路设计和信号处理等领域。

下面将详细介绍集成运放的类型及应用。

1. 类型：目前，常见的集成运放有多种类型，包括普通运放、仪表运放、高速运放、低功耗运放等。

普通运放：普通运放是最常见的一种集成运放，具有宽带宽、高增益、高输入阻抗和低输出阻抗的特点。

它的主要应用领域包括信号放大、滤波、理想运算放大器电路设计等。

仪表运放：仪表运放是一种精密运放，具有高共模抑制比、低偏置电流和低噪声的特点。

它的主要应用领域包括电压、电流、温度等测量，以及精密仪器和设备的信号放大等。

高速运放：高速运放是一种具有高增益带宽积（GBW）和快速响应特性的运放，适用于高频信号处理和快速信号放大等应用。

它的主要应用领域包括通信系统、高速数据传输、高速采样和测量等。

低功耗运放：低功耗运放是针对低电源电压和低功耗要求而设计的集成运放。

它可以在低电源电压下正常工作，并具有低静态功耗和低失调电压的特点。

它的主要应用领域包括移动设备、便携式仪器和电池供电系统等。

2. 应用：集成运放作为一种重要的电子器件，在电路设计和信号处理等领域应用广泛。

下面列举一些常见的应用示例：信号放大：集成运放最常见的应用就是信号放大。

通过调整运放的增益，可以将微弱的传感器信号放大到适合后续处理的范围，如压力传感器、温度传感器等。

滤波器：集成运放可以被用来设计各种类型的滤波器，如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。

滤波器的设计可以通过选择运放的反馈电阻和电容来实现。

运算放大器电路设计：运算放大器电路是运放最重要的应用之一。

基于运算放大器的电路可以实现加法、减法、乘法、除法、积分、微分等运算，并被广泛应用于模拟电路设计、自动控制系统等领域。

电压和电流测量：仪表运放常用于电压和电流测量。

通过仪表运放的高共模抑制比和低偏置电流特性，可以实现高精度和高稳定性的电压和电流测量。

运算放大器简称运放，是一种多端集成电路，通常由数十个晶体管和一些电阻构成。

现已有上千种不同型号的集成运放，是一种价格低廉、用途广泛的电子器件。

早期，运放用来完成模拟信号的求和、微分和积分等运算，故称为运算放大器。

现在，运放的应用已远远超过运算的范围。

它在通信、控制和测量等设备中得到广泛应用。

一：运算放大器的分类目前广泛应用的电压型集成运算放大器是一种高放大倍数的直接耦合放大器。

在该集成电路的输入与输出之间接入不同的反馈网络,可实现不同用途的电路,例如利用集成运算放大器可非常方便的完成信号放大、信号运算（加、减、乘、除、对数、反对数、平方、开方等）、信号的处理（滤波、调制）以及波形的产生和变换。

集成运算放大器的种类非常多,可适用于不同的场合。

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mA741（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＞（109~1012）W,IIB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LF356、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OP-07、OP-27、 AD508及由MOSFET组成的斩波稳零型低漂移器件IC L7650等。

运算放大器的分类
运算放大器可以根据其内部电路结构和应用领域来分类，主要分为以下几种：
1. 基本型运算放大器：传统的运算放大器，内部由一个差分放大器和一个级联缓冲器组成，用于放大、滤波、积分、微分等基本电路。

2. 差分型运算放大器：内部电路结构和基本型类似，但增益更高，具有更高的共模抑制比和更低的失调电压。

3. 仪器放大器：专用于测量和检测的放大器，具有高共模抑制比、高精度、低噪音等特点。

4. 高速运算放大器：适用于高速信号处理，具有更高的带宽和更快的响应速度。

5. 低功耗运算放大器：适用于低功率应用，具有低静态电流、低供电电压等特点。

6. 压限放大器：用于对信号进行压限，可保护信号处理电路免受过大电压的损害。

7. 电流型运算放大器：通过输入电流控制输出电压，适用于电流驱动应用。

8. 隔离型运算放大器：可实现输入端和输出端的电气隔离，适用于对输入信号进行隔离和放大的应用。

集成运放的分类及应用集成运放（Operational Amplifier, OP-AMP）是一种基本的电子元件，具有非常广泛的应用。

根据性能特点和应用功能的不同，可以将集成运放分为以下几类。

1. 低噪声运放：低噪声运放在信号处理、放大和传输等领域中应用广泛。

这些运放通常具有非常低的输入等效噪声、电压噪声和电流噪声，能够保持信号的高精确度。

它们常用于音频放大器、传感器信号放大、音频电平计等高要求的应用上。

2. 高速运放：高速运放具有快速的频率响应和瞬态响应，可以实现高速信号处理。

这些运放主要应用于高速数据转换、通信、视频处理、宽带放大器等领域。

高速运放还常用于模拟环路控制系统、高速采样和保持电路等。

3. 低功耗运放：低功耗运放适用于需要长时间使用，对电源的耗电量要求较低的应用。

它们通常具有低功耗和低供电电压，能够降低系统的能耗。

这种运放广泛应用于便携式设备、传感器网络、能量收集系统等。

4. 高精度运放：高精度运放能够实现精确的信号测量和放大，具有高精度的增益、低偏移电压、低温漂移等特点。

这些运放适用于精密测量、自动控制、医疗仪器等需要高精度信号处理的应用。

5. 低电压运放：低电压运放适用于低电压供电系统，能够在低电源电压下正常工作。

这些运放通常具有低电源电压、低功耗和低电流功耗等特点。

它们广泛应用于便携式设备、电池供电系统、太阳能电池等。

6. 特殊功能运放：这类运放具有特殊的性能或功能，用于特定的应用。

例如，差分放大器用于抑制共模噪声，比较器用于信号比较和触发，自耦变压器用于隔离输入和输出信号等。

这些特殊功能运放能够满足特定应用的需求。

集成运放广泛应用于各种电路和系统中，包括：- 信号放大和处理：可以将微弱的传感器信号放大到合适的范围，如温度传感器、压力传感器等。

- 运算放大器：可以实现加法、减法、乘法、积分、微分等运算，用于信号处理、滤波和控制电路等。

- 比较器：用于信号比较和触发，常用于开关控制、触发器电路、模拟开关等。

TI放大器产品部副总裁
兼总经理Amichai Ron
了该公司看好的运算放大器方向并推介了三款新品。

三大市场：汽车、工业和个人电子产品
相对于很多快速变化的市场运算放大器的演变相对较慢
易被人们察觉。

作为在运放领域多年的耕耘者，TI目前的主要投资方向是汽车、工业和个人电子产品领
93
2018.3
TI运放的投资方向
一是小尺寸；二是低功耗；三是高电压。

高电压方面，现在大部分高压运放在36 V 以下，但有些系统需要更高的电压，比如AGV 小车（自动导引运输车）电池需要40 V
85图1 TI的小型放大器TLV9061，只有0.64 mm 2。

集成运算放大器的优点和发展趋势分析
运算放大器来源于电子线路，与电子技术的发展息息相关。

 运算放大器是每位电子工程师必须研习的对象，为了给工程师们提供优质的电子工程知识，电源网有幸邀请国内权威运算放大器应用专家陈永真为大家讲授运算放大器的相关知识。

陈永真，辽宁工业大学教授，长期从事电力电子技术的教学、科研工作。

他所研制的“铁路客车荧光灯逆变器”唯一通过铁道部标准“TB/T2219-81”的全部测试，参加过“十五”期间的国家“863”计划电动汽车重大专项“解放牌混合动力城市客车用超级电容器”项目，并出版电容和通用集成电路等相关领域的专着。

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 6．集成运算放大器的优点和发展趋势分析
 6.1 集成运算放大器的优势
 前面讲了集成运算放大器和深度负反馈引入的优缺点。

似乎集成运算放大器并没有什幺优势，深度负反馈后也不是那幺的理想。

然而，在实际应用中，根据实际应用，恰当选择集成运算放大器和负反馈，集成运算放大器还是极具优势的，这是不容置疑的，除非集成运算放大器和负反馈选择不恰当。

那幺集成运算放大器都具有哪些优势呢？
 6.2 集成运算放大器构成的电路具有几乎完美的功能
 集成运算放大器是在分立元件放大器基础上将各个晶体管制作在同一芯片内，同时根据集成电路制造工艺的特点将分立元件的电路单元性能优化。

 集成运算放大器的性能非常接近于理想运算放大器的特性，这使得在设计由集成运算放大器构成的运算电路时，可以用理想运算放大器的计算方法所。

电路中的运算放大器了解运放的基本原理和应用电路中的运算放大器：了解运放的基本原理和应用运算放大器（Operational Amplifier，简称Op Amp）是电子电路中一种重要的基本器件，被广泛应用于各种电路中。

它以其优异的放大性能和灵活的电路设计能力，成为了电子工程师们设计各种电子系统的重要工具。

本文将详细介绍运算放大器的基本原理和常见应用。

一、运算放大器的基本原理运算放大器是一种差分输入、高增益、直接耦合的电子放大器。

它通常由输入阻抗很高的差分放大器、直流耦合的高增益级以及输出缓冲级组成。

运放的输出是输入电压的放大倍数，可以实现各种基本的放大和信号处理功能。

运放具有以下特性：1. 高增益：典型的运放增益在几万倍到几百万倍之间，可以放大微弱的信号到控制系统所需的电压范围。

2. 大输入阻抗：运放的输入阻抗通常在几百千欧姆到几百兆欧姆之间。

这样的高输入阻抗使得运放可以轻松地接收各种信号源的输入。

3. 小输出阻抗：运放的输出阻抗非常小，通常只有几个欧姆，可以驱动低阻抗负载而不损失信号质量。

4. 可调节增益：运放的增益可以通过反馈网络进行调整，以满足不同应用的需求。

5. 双电源供电：运放通常需要正负双电源进行供电，保证其工作在正确的偏置电压范围内。

二、运放的基本应用运放具有很多常见的应用，下面将介绍几个典型的应用场景。

1. 放大器：运放最常见的应用就是作为电压、电流和功率放大器。

通过调整反馈电阻和输入电阻的比例，可以实现不同的放大倍数。

2. 滤波器：运放可以用来构建各种类型的滤波器，如低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器等。

通过调整电容和电阻的数值，可以实现所需的截止频率和滤波特性。

3. 零点校正：运放可以用于对传感器输出进行校正。

通过将传感器输出和期望值进行比较，可以生成误差信号，从而对传感器输出进行修正。

4. 正负反馈控制系统：运放可以构成正负反馈控制系统，实现自动调节和稳定性增强。

通过调整反馈电阻和输入电阻的比例，可以实现系统的稳定性和响应速度的平衡。

运算放大器分类及作用1．模拟运放的分类及特点模拟运算放大器从诞生至今，已有40多年的历史了。

最早的工艺是采用硅NPN工艺，后来改进为硅NPN-PNP工艺（后面称为标准硅工艺）。

在结型场效应管技术成熟后，又进一步的加入了结型场效应管工艺。

当MOS管技术成熟后，特别是CMOS技术成熟后，模拟运算放大器有了质的飞跃，一方面解决了低功耗的问题，另一方面通过混合模拟与数字电路技术，解决了直流小信号直接处理的难题。

经过多年的发展，模拟运算放大器技术已经很成熟，性能曰臻完善，品种极多。

这使得初学者选用时不知如何是好。

为了便于初学者选用，本文对集成模拟运算放大器采用工艺分类法和功能/性能分类分类法等两种分类方法，便于读者理解，可能与通常的分类方法有所不同。

1．1．根据制造工艺分类根据制造工艺，目前在使用中的集成模拟运算放大器可以分为标准硅工艺运算放大器、在标准硅工艺中加入了结型场效应管工艺的运算放大器、在标准硅工艺中加入了MOS工艺的运算放大器。

按照工艺分类，是为了便于初学者了解加工工艺对集成模拟运算放大器性能的影响，快速掌握运放的特点。

标准硅工艺的集成模拟运算放大器的特点是开环输入阻抗低，输入噪声低、增益稍低、成本低，精度不太高，功耗较高。

这是由于标准硅工艺的集成模拟运算放大器内部全部采用NPN-PNP管，它们是电流型器件，输入阻抗低，输入噪声低、增益低、功耗高的特点，即使输入级采用多种技术改进，在兼顾起啊挺能的前提下仍然无法摆脱输入阻抗低的问题，典型开环输入阻抗在1M欧姆数量级。

为了顾及频率特性，中间增益级不能过多，使得总增益偏小，一般在80~110dB之间。

标准硅工艺可以结合激光修正技术，使集成模拟运算放大器的精度大大提高，温度漂移指标目前可以达到0.15ppm。

通过变更标准硅工艺，可以设计出通用运放和高速运放。

典型代表是LM324。

在标准硅工艺中加入了结型场效应管工艺的运算放大器主要是将标准硅工艺的集成模拟运算放大器的输入级改进为结型场效应管，大大提高运放的开环输入阻抗，顺带提高通用运放的转换速度，其它与标准硅工艺的集成模拟运算放大器类似。

运算放大器分类、作用及运放的选型展开全文运算放大器分类、作用及运放的选型，详细解析了运算放大器的特点、工艺、功能、性能、参数、指标和运算放大器的对信号放大的影响和运放的选型举例，并附有常见运算放大器列表!1. 模拟运放的分类及特点模拟运算放大器从诞生至今，已有40多年的历史了。

最早的工艺是采用硅NPN工艺，后来改进为硅NPN-PNP工艺(后面称为标准硅工艺)。

在结型场效应管技术成熟后，又进一步的加入了结型场效应管工艺。

当MOS管技术成熟后，特别是CMOS技术成熟后，模拟运算放大器有了质的飞跃，一方面解决了低功耗的问题，另一方面通过混合模拟与数字电路技术，解决了直流小信号直接处理的难题。

经过多年的发展，模拟运算放大器技术已经很成熟，性能曰臻完善，品种极多。

这使得初学者选用时不知如何是好。

为了便于初学者选用，本文对集成模拟运算放大器采用工艺分类法和功能/性能分类分类法等两种分类方法，便于读者理解，可能与通常的分类方法有所不同。

1.1.根据制造工艺分类根据制造工艺，目前在使用中的集成模拟运算放大器可以分为标准硅工艺运算放大器、在标准硅工艺中加入了结型场效应管工艺的运算放大器、在标准硅工艺中加入了MOS工艺的运算放大器。

按照工艺分类，是为了便于初学者了解加工工艺对集成模拟运算放大器性能的影响，快速掌握运放的特点。

标准硅工艺的集成模拟运算放大器的特点是开环输入阻抗低，输入噪声低、增益稍低、成本低，精度不太高，功耗较高。

这是由于标准硅工艺的集成模拟运算放大器内部全部采用NPN-PNP管，它们是电流型器件，输入阻抗低，输入噪声低、增益低、功耗高的特点，即使输入级采用多种技术改进，在兼顾起啊挺能的前提下仍然无法摆脱输入阻抗低的问题，典型开环输入阻抗在1M欧姆数量级。

为了顾及频率特性，中间增益级不能过多，使得总增益偏小，一般在80~110dB之间。

标准硅工艺可以结合激光修正技术，使集成模拟运算放大器的精度大大提高，温度漂移指标目前可以达到0.15ppm。

集成运算放大器的发展与应用摘要:集成运算放大器具有成本低、功能多等优点．可广泛用于自动控制系统、测量仪表等其它电子设备中。

近年来集成运放的指标不断提高．本文就集成运放的发展与直用作出评述，并提供了集成运放的新产品，指出了集成运放的应用方式。

1 引言运算放大器是一种具有高放大倍数、带深度负反馈的直接耦台放大器，它由基本放大器和外接反馈网络两部分组成集成电路问世前，它是用电子管、晶体管等分立器件构成．当集成电路出现后，集成运放于二十世纪六十年代被研制成功，且成为最早应用于实际的典型的线性集成电路随着集成运放电路的大量生产，作为一种通用性很强的功能部件．它可以用作信号的放大、运算和处理，也可用作波形的产生和变换等，使用非常方便灵活，在自动控制系统、测量仪表及其它电子设备中得到广泛的应用由于电子器件的更新换代，随着集成工艺的不断革新，集成运放的技术指标还在不断提高，它将满足急剧增加的市场需求量。

2 集成运算放大器的发展初期生产的集成运放它的交流特性很差，仅限于直流放大用，雨今它已发展为第四代产品。

第代集成运放线路特点是太部分为NPN管只有少量PNP管，只能满足较低要求，如1964年问世的uA702，集成运放的电压放大器倍数只有2000 4000 ,第二代集成运放以采用有源负载为标志，如1966年问世的741。

第三代集成运放以超p晶体管作为差分输入级为特点，超p管的p值可高达1000～5ooo，因此在相同的Ic标配下，输入偏置电流比普通NPN管低一个数量级以上，输入电阻高，电压放大倍数可达到1 0 。

如1 972年问世的ADS08。

第四代集成运放采用了，中、大规模集成技术，其质量性能指标已接近理想集成运放。

最初的集成运放是由双极型晶体管构成，随着技术的发展，六十年代末期出现了以结型场效应管为输入级的结型、双极型管混合形式的集成运放(BIFET)，它的输入电阻可达到1otMn．如5G28。

七十年代中期又出现了M6场效应管与双极型混台形式的集成运放(Bh'vg38)，它的输入电阻可达到10 Mn．如F31 40．还出现了全MOS运放，使用了CMOS 器件，功耗低．电源电压允许变化范围大，输入阻抗高，工作速度高尽管集成运放产业发展已达到一定规模，但由于集成运放产品更新很快，需要很强的技术支持及太规模的资金投入，因此具备这种发展基础的国家并不多，美、日、韩、中国台湾及欧洲的法、德、意、荷等国已达到相当的生产规模，其产品的性能价格比也大大优于其它国家。