运算放大器参数详解技术2010-12-19 22:05:36 阅读80 评论0 字号：大中小订阅运算放大器（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。
历史直流放大电路在工业技术领域中，特别是在一些测量仪器和自动化控制系统中应用非常广泛。
如在一些自动控制系统中，首先要把被控制的非电量（如温度、转速、压力、流量、照度等）用传感器转换为电信号，再与给定量比较，得到一个微弱的偏差信号。
因为这个微弱的偏差信号的幅度和功率均不足以推动显示或者执行机构，所以需要把这个偏差信号放大到需要的程度，再去推动执行机构或送到仪表中去显示，从而达到自动控制和测量的目的。
因为被放大的信号多数变化比较缓慢的直流信号，分析交流信号放大的放大器由于存在电容器这样的元件，不能有效地耦合这样的信号，所以也就不能实现对这样信号的放大。
能够有效地放大缓慢变化的直流信号的最常用的器件是运算放大器。
运算放大器最早被发明作为模拟信号的运算（实现加减乘除比例微分积分等）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。
目前所用的运算放大器，是把多个晶体管组成的直接耦合的具有高放大倍数的电路，集成在一块微小的硅片上。
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。
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。
dBdB(Decibel，分贝) 是一个纯计数单位，本意是表示两个量的比值大小，没有单位。
在工程应用中经常看到貌似不同的定义方式（仅仅是看上去不同）。
对于功率，dB = 10*lg(A/B)。
对于电压或电流，dB = 20*lg(A/B)。
此处A，B代表参与比较的功率值或者电流、电压值。
dB的意义其实再简单不过了，就是把一个很大（后面跟一长串0的）或者很小（前面有一长串0的）的数比较简短地表示出来。
如（此处以功率为例）：X = 100000 = 10^5X(dB) = 10*lg(X) dB= 10*lg(10^5) dB= 50 dBX = 0.000000000000001 = 10^-15X(dB) = 10*lg(X) dB= 10*lg(10^-15) dB= -150 dB一般来讲，在工程中，dB和dB之间只有加减，没有乘除。
而用得最多的是减法：dBm 减dBm 实际上是两个功率相除，信号功率和噪声功率相除就是信噪比（SNR）。
比如：30dBm - 0dBm = 1000mW/1mW = 1000 = 30dB。
dBm 加dBm 实际上是两个功率相乘，没有实际的物理意义。
在电子工程领域，放大器增益使用的就是dB（分贝）。
放大器输出与输入的比值为放大倍数，单位是“倍”，如10倍放大器，100倍放大器。
当改用“分贝”做单位时，放大倍数就称之为增益，这是一个概念的两种称呼。
电学中分贝与放大倍数的转换关系为：A(V)(dB)=20lg(Vo/Vi)；电压增益A(I)(dB)=20lg(Io/Ii)；电流增益Ap(dB)=10lg(Po/Pi)；功率增益分贝定义时电压(电流)增益和功率增益的公式不同，但我们都知道功率与电压、电流的关系是P=V^2/R=I^2*R。
采用这套公式后，两者的增益数值就一样了：10lg[Po/Pi]=10lg[(Vo^2/R)/(Vi^2/R)]=20lg(Vo/Vi)。
注意：这只是在Ri=Ro的电路中适用，比如在有线电视系统中各种器材的匹配阻抗都是75Ω。
使用分贝做单位主要有三大好处。
（1）数值变小，读写方便。
电子系统的总放大倍数常常是几千、几万甚至几十万，一台收音机从天线收到的信号至送入喇叭放音输出，一共要放大2万倍左右。
用分贝表示先取个对数，数值就小得多。
（2）运算方便。
放大器级联时，总的放大倍数是各级相乘。
用分贝做单位时，总增益就是相加。
若某功放前级是100倍(20dB)，后级是20倍(13dB)，那么总功率放大倍数是100×20=2000倍，总增益为20dB＋13dB=33dB。
（3）符合听感，估算方便。
人听到声音的响度是与功率的相对增长呈正相关的。
例如，当电功率从0.1瓦增长到1.1瓦时，听到的声音就响了很多；而从1瓦增强到2瓦时，响度就差不太多；再从10瓦增强到11瓦时，没有人能听出响度的差别来。
如果用功率的绝对值表示都是1瓦，而用增益表示分别为10.4dB，3dB和0.4dB，这就能比较一致地反映出人耳听到的响度差别了。
您若注意一下就会发现，Hi－Fi功放上的音量旋钮刻度都是标的分贝，使您改变音量时直观些。
分贝数值中，－3dB和0dB两个点是必须了解的。
－3dB也叫半功率点或截止频率点。
这时功率是正常时的一半，电压或电流是正常时的1/√2。
在电声系统中，±3dB 的差别被认为不会影响总特性。
所以各种设备指标，如频率范围，输出电平等，不加说明的话都可能有±3dB的出入。
例如，前面提到的频响10Hz～40kHz，就是表示在这段频率中，输出幅度不会超过±3dB，也就是说在10Hz和40kHz这二个端点频率上，输出电压幅度只有中间频率段的0.707(1/根2)倍了。
0dB表示输出与输入或两个比较信号一样大。
分贝是一个相对大小的量，没有绝对的量值。
可您在电平表或马路上的噪声计上也能看到多少dB的测出值，这是因为人们给0dB先定了一个基准。
例如声级计的0dB是2×10－4μb(微巴)，这样马路上的噪声是50dB、60dB就有了绝对的轻响概念。
常用的0dB基准有下面几种：dBFS——以满刻度的量值为0dB，常用于各种特性曲线上；dBm——在600Ω负载上产生1mW功率(或0.775V电压)为0dB，常用于交流电平测量仪表上；dBV——以1伏为0dB；dBW——以1瓦为0dB。
一般读出多少dB后，就不用再化为电压、声压等物理量值了，专业人士都能明白。
只有在极少数场合才要折合。
这时只需代入公式：10^(A/20)×D0或10^(A/10)×D0计算即可。
A为读出的分贝数值，D0为0dB时的基准值，电压、电流或声压用A/20，电功率、声功率或声强则用A/10。
现在您就可以来回答本文开头的问题了。
第二只音箱在相同输入时比第一只音箱响一倍，如果保持两只音箱一样响的话，第二只音箱只要输入一半功率即可。
第一只功放只是很普通的品种，第二只功放却很Hi－Fi，整个频率范围内输出电压只有±2.3％的差别!简单地说，dB是一个比值，举个例子，音频行业中，功率大一倍即使大3dB。
又比如音箱的灵敏度单位是dB,声压计测出的声音强度也是dB。
这里要提一下dBm,dBw,dBu,dBc的含义和之间的关系，dBm是一个考征功率绝对值的值，计算公式为：10lgP（功率值/1mw），这是一个绝对值，0dBm即使1毫瓦所转换的能量。
dBw与dBm一样，dBw是一个表示功率绝对值的单位（也可以认为是以1W功率为基准的一个比值），计算公式为：10lg（功率值/1w）。
dBw与dBm之间的换算关系为：0 dBw = 10lg1 W = 10lg1000 mw = 30 dBm,由此可见，0dBw是一个比0dBm大得多的多的单位，功率上相差1000倍，因此专业音频设备上，最典型的例子就是功放，0dB 的刻度是最大值，功放的旋钮其实是一个衰减器；dBu是以.775v电压作为基准值的一个单位参数，dBv则是1V为基准值，因此，0dBv大概等于2.2dBu；它们换算公式是：x dBv = (x + 2.2)dBu而dBc在数字音频系统中比较常见，这也是一个考量相对功率的值。
比如某处理器内部设置的0dBc实际等同于是-24dBm；而我们在统计声音响度或者声压级时也会采用分贝dB作为单位去衡量，这是因为dB的步阶可以如实地反映人对声音的感觉。
实践证明，声音的分贝数增加或减少一倍，人耳听觉响度也提高或降低一倍。
即人耳听觉与声音功率分贝数成正比。
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。