2.1.2 运算放大器的组成与分类、运算放大器的发展历程

笔者电子信息专业硕士毕业，获得过多次电子设计大赛、大学生智能车、数学建模国奖，现就职于南京某半导体芯片公司，从事硬件研发，电路设计研究。对于学电子的小伙伴，深知入门的不易，特开次博客交流分享经验，共同互勉！全套资料领取扫描文末二维码！

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目录

2.1 运算放大器基础知识

2.1.1 运算放大器的发展历程

2.1.2 运算放大器的组成与分类

2.运算放大器的分类

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2.1 运算放大器基础知识

2.1.1 运算放大器的发展历程

1.真空管时代

第一代用于信号调理的运放是用真空管构造的，体积大，要求高压供电。20世纪50年代出现利用较低电压工作的小型真空管制造的小体积运放，体积大约是建房用的砖头大小，所以那时运放模块的别称叫“砖头”。随着真空管体积和元件体积的不断缩小，真空管运放最后缩小到一个八脚真空管那样的大小。

2.晶体管时代

晶体管是在20世纪60年代进入商业性开发的，采用晶体管构造的运放的体积大大缩小至只有几立方英寸，但是“砖头”的别名依然被沿用。今天的“砖头”是指那些采用封装化合物或非集成电路封装方法的电子模块。早期的大多数运放是为专门应用制造的，因而不具有通用性，各个制造商都有不同的规范和封装。

3.IC时代

20世纪60年代中期，仙童公司发布了IC运放μA709，这是第一个商业上成功的IC运放，是由Robert J.Widler设计的。μA709被用于许多模拟应用，它的主要缺点是稳定性问题，需要外部补偿，对使用它的工程师的模拟技术有较高的要求。另外该IC运放的自毁现象非常普遍。

μA741是在μA709之后出现的，这是一个具有内部补偿的运放，如果工作在数据手册指定的条件下，就不需要外部补偿，比μA709好用得多。μA741是一款非常经典的IC运放，直到今天依然被广泛应用。

自从μA741问世以来，新型运放不断推出，性能与可靠性不断改进提高，这使得所有的工程师都能够使用。IC运放已经完全取代了前两种运放。

2.1.2 运算放大器的组成与分类

1.通用运算放大器的基本组成

通用运算放大器是一种高电压增益、高输入阻抗、低输出阻抗的多级直接耦合放大器，虽然种类及电路多种多样，但结构具有共同之处，其内部组成结构图如图2.1.1所示。

图2.1.1 通用运算放大器的内部组成结构图

（1）差分输入级：由差分放大器组成，获得低零点漂移及高共模抑制比、高输入阻抗，并可实现差动输入信号的放大。

（2）电压放大级：通常起双端变单端（将差动放大器的双端输入变换成单端输出）和电平移动的作用。这一级是通用型运算放大器的主要电压增益级。

（3）偏置电路：为各级放大电路设置合适的静态工作点（主要包括电压偏置电路、恒流源和有源负载等）。

（4）输出级：输出以零电平为中心有一定电流大小的正负电压，一般由电压跟随器或互补电压跟随器组成，以降低输出电阻，提高带负载能力。 

2.运算放大器的分类

传统运放的分类是针对通用型运放而言的。由于集成电路制造技术的飞速发展，出现了大量的具有特殊运算功能的芯片，从本质上讲，这些芯片仍然属于运算放大器，所不同的是它们的集成度高、运算功能具有较强的针对性。据此，运算放大器应分为通用型运算放大器和专用型运算放大器两大类。

1）通用型运算放大器

通用型运算放大器是指传统意义上的运算放大器，通过对通用型运算放大器的不同组合，再配合外部元件，可构成各种运算电路。在制造时重点使某一项或某几项技术指标趋于理想，就产生了某些特殊的通用型运算放大器，因而通用型运算放大器又可细分为以下几种。

① 宽带高速型运算放大器。

② 高输入阻抗、低偏置电流型运算放大器。

③ 低失调、低漂移型运算运大器。

④ 低失调、低噪声型运算放大器。

⑤ 高压型运算放大器。

⑥ 大功率型运算放大器。

⑦ 轨至轨（rail to rail）型运算放大器，又称为“满摆幅”放大器，是指输入或输出电压范围与电源电压近似相等的运算放大器。

表2.1.1给出了各种通用型运算放大器的典型常用芯片，具体技术指标可查阅各大半导体芯片制造公司的技术手册。

表2.1.1 各种通用型集成运算放大器典型芯片

2）专用型运算放大器

专用型运算放大器是在通用型运算放大器的基础上，针对某种具体应用，专门设计集成的运算放大器，其实质是通用型运算放大器与专门运算电路和补偿电路的集成。其功能单一，适合某种专门应用场合。根据功能，专用型运算放大器可以分为多种，举例如下。 

① 集成乘法和除法运算放大器。

② 集成对数和反对数运算放大器。

③ 集成仪用放大器。

④ 集成隔离放大器。

⑤ 集成有源滤波器。

⑥ 集成真有效值运算放大器。

⑦ 集成采样/保持放大器。

⑧ 集成比较放大器。

⑨ 具有冷端补偿功能的集成热电偶放大器。

表2.1.2给出了几种专用型集成运算放大器的典型常用芯片，具体技术指标可查阅各大半导体芯片制造公司的技术手册。

表2.1.2 各种专用型集成运算放大器典型芯片

以上是部分专用型运算放大器。由于各种不同的应用需要，新型的专用运算放大器不断出现，目前已经出现将敏感器件、调理电路及补偿电路集成于一体的专用集成测量电路，这种专用芯片的出现使测控系统的研制过程大大简化。尽管专用运算放大器种类多样，但它们都是以通用型运算放大器为基础的，掌握了通用型运算放大器的原理及应用，就能很好地应用专用型运算放大器。因此，必须充分认识通用型运算放大器技术的基础地位。 

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笔者电子信息专业硕士毕业，获得过多次电子设计大赛、大学生智能车、数学建模国奖，现就职于南京某半导体芯片公司，从事硬件研发，电路设计研究。对于学电子的小伙伴，深知入门的不易，特开次博客交流分享经验，共同互勉！