運(yùn)算放大器基礎(chǔ)知識(shí)：什么是運(yùn)算放大器

Word運(yùn)算放大器基礎(chǔ)知識(shí)：什么是運(yùn)算放大器（運(yùn)算放大器）是（模擬電子）（電路設(shè)計(jì)）中最有用的電路模塊之一。它們易于使用，可以提供一些近乎完美的（模擬）電路。

（集成電路）、集成電路對(duì)（電子）領(lǐng)域產(chǎn)生了巨大影響——模擬和（數(shù)字電路）都改變了電子產(chǎn)品的面貌。

在模擬電子領(lǐng)域，沒(méi)有比運(yùn)算（放大器）或運(yùn)算放大器更能發(fā)揮作用的了。運(yùn)算放大器是一種差分放大器，它是一種非常高性能的放大器電路模塊，只需添加少量其他組件即可設(shè)計(jì)許多不同的電子放大器電路。

帶IC的運(yùn)算放大器電路符號(hào)

運(yùn)算放大器可以構(gòu)成許多（其他電路）的基礎(chǔ)，從（濾波器）到（定時(shí)器），從（振蕩器）到（比較器）和進(jìn)波器。因此，運(yùn)算放大器是模擬電子電路設(shè)計(jì)（工程師）和業(yè)余愛(ài)好者可以使用的最通用的構(gòu)建模塊之一。

使用運(yùn)算放大器電路的優(yōu)點(diǎn)之一是，電子電路設(shè)計(jì)通常非常簡(jiǎn)單，同時(shí)仍能產(chǎn)生高性能成品電路。

運(yùn)算放大器開(kāi)發(fā)

盡管“運(yùn)算放大器”一詞現(xiàn)在已經(jīng)完全融入了當(dāng)今的電子術(shù)語(yǔ)中，但人們可能沒(méi)有意識(shí)到它可以追溯到1947年發(fā)表的一篇論文。這描述了在當(dāng)時(shí)的模擬計(jì)算機(jī)中使用這些放大器進(jìn)行的工作。

運(yùn)算放大器電路符號(hào)

然而，直到1960年代，隨著集成電路技術(shù)的廣泛引入，這些放大器的概念才得以完全實(shí)現(xiàn)。

1963年，推出了第一款單片集成電路運(yùn)算放大器。這是仙童（半導(dǎo)體）的μA702，由他們的工程師BobWidlar設(shè)計(jì)。

1965年晚些時(shí)候，μA702的改進(jìn)版推出。同樣由仙童生產(chǎn)的是μA709，它是第一個(gè)廣泛使用的運(yùn)算放大器。它運(yùn)行良好，克服了?micro的一些問(wèn)題;A702，盡管有必要對(duì)放大器進(jìn)行外部補(bǔ)償以防止其振蕩。

1968年，非常著名的μA741首次推出。該運(yùn)算放大器通過(guò)在（芯片）內(nèi)的芯片中集成一個(gè)小的30pF（電容）來(lái)解決不穩(wěn)定問(wèn)題。這意味著不需要外部補(bǔ)償組件。

將補(bǔ)償添加到實(shí)際芯片中，使741能夠得到特別廣泛的使用，事實(shí)上，直到今天，它仍然由一些公司制造。此外，引腳配置也已延續(xù)到當(dāng)今許多運(yùn)算放大器芯片中。

從那時(shí)起，許多運(yùn)算放大器芯片已經(jīng)推出，在輸入阻抗、低失調(diào)、低噪聲等方面提供改進(jìn)的性能，并已嵌入到模擬電子電路設(shè)計(jì)中。

現(xiàn)在，運(yùn)算放大器已成為整個(gè)電子行業(yè)使用的基本構(gòu)件。盡管它們已經(jīng)存在了一段時(shí)間，但它們的使用似乎不太可能下降。

什么是運(yùn)算放大器？基礎(chǔ)知識(shí)

運(yùn)算放大器非常接近于具有無(wú)限增益、無(wú)限輸入阻抗和零輸出阻抗的完美放大器。

實(shí)際上，運(yùn)算放大器并不能達(dá)到完美，但增益通常在100，000或更高，輸入阻抗水平為Megohms和更多，輸出阻抗水平非常低，它們足夠接近，在大多數(shù)情況下可以忽略缺陷。

運(yùn)算放大器有兩個(gè)輸入。一個(gè)稱為反相輸入，在（電路原理）圖上標(biāo)有“-”號(hào)。另一個(gè)是同相輸入，用“+”號(hào)標(biāo)記。

運(yùn)算放大器基本上是一個(gè)差分放大器，因?yàn)檩敵雠c兩個(gè)輸入之間的電壓差成正比。

運(yùn)算放大器等效電路

兩個(gè)輸入的名稱來(lái)自它們放大（信號(hào)）的方式：

同相輸入：運(yùn)算放大器同相輸入在電路圖上用“+”號(hào)標(biāo)記。結(jié)果表明，施加到同相輸入端的正電壓將在輸出端產(chǎn)生正擺幅。如果將變化波形（例如正弦波）應(yīng)用于同相輸入，則它將以相同的意義出現(xiàn)在輸出端。它沒(méi)有被顛倒。通過(guò)將輸入信號(hào)施加到同相輸入，將負(fù)反饋施加到投資輸入，可以設(shè)計(jì)出不會(huì)反轉(zhuǎn)輸入信號(hào)（檢測(cè)）的電路。

反相輸入：運(yùn)算放大器反相輸入在電路圖上用“-”號(hào)標(biāo)記。施加到反相輸入端的正電壓將在輸出端產(chǎn)生負(fù)擺幅。因此，正弦波應(yīng)用于反相輸入，將在輸出端出現(xiàn)反相。通過(guò)將信號(hào)和負(fù)反饋施加到運(yùn)算放大器的反相輸入端，可以設(shè)計(jì)輸出信號(hào)與輸入相反的電路。

如果將相同的電壓同時(shí)施加到兩個(gè)輸入端，則輸出端應(yīng)該沒(méi)有變化。實(shí)際上，輸出與反相和非反相輸入之間的差異成正比。正是由于這個(gè)原因，這些放大器通常被稱為差分放大器。

與任何電子電路設(shè)計(jì)一樣，使用運(yùn)算放大器的電路需要有（電源）。通常，運(yùn)算放大器使用雙電源供電，即正電源和負(fù)電源。此外，電源線通常不會(huì)顯示，因?yàn)樗鼈儠?huì)增加電路圖的混亂。

在大多數(shù)情況下，運(yùn)算放大器只需要五個(gè)連接即可工作-反相、同相、輸出和兩個(gè)電源軌。偶爾可以使用另外三個(gè)。這些通常用于“偏移零”功能。這用于減少可能存在的任何直流偏移，對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，這些失調(diào)可以忽略并保持?jǐn)嚅_(kāi)狀態(tài)。

運(yùn)算放大器特性

運(yùn)算放大器、運(yùn)算放大器具有許多基本特性，其中一些具有優(yōu)勢(shì)，而另一些則限制了其性能：

運(yùn)算放大器特性

非常高的增益：

運(yùn)算放大器的關(guān)鍵屬性之一是其非常高的增益。典型的數(shù)字從大約10000開(kāi)始-100000或更多的數(shù)字很常見(jiàn)。雖然具有這種量級(jí)增益水平的開(kāi)環(huán)放大器用處不大，但運(yùn)算放大器能夠通過(guò)使用負(fù)反饋來(lái)利用極高增益電平的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)這種方式，增益水平非常可控，失真水平可以保持在非常低的水平。

使用負(fù)反饋是釋放運(yùn)算放大器功率的關(guān)鍵。運(yùn)算放大器的高增益與負(fù)反饋的巧妙使用相結(jié)合，意味著負(fù)反饋（網(wǎng)絡(luò)）能夠控制運(yùn)算放大器電路模塊的整體性能，使其能夠執(zhí)行許多不同的功能。

高輸入阻抗：高輸入阻抗是運(yùn)算放大器的另一個(gè)關(guān)鍵方面。理論上，它們的輸入電阻應(yīng)該是無(wú)限大的，目前使用的運(yùn)算放大器非常接近這個(gè)電阻，阻抗從0.25MΩ以上。一些使用（MOSFET）輸入級(jí)的阻抗為數(shù)百M(fèi)Ω。

低輸出阻抗：運(yùn)算放大器輸出阻抗也很重要。正如預(yù)期的那樣，這應(yīng)該很低。在理想的放大器中，這應(yīng)該是零，但實(shí)際上許多放大器的輸出阻抗小于一百歐姆，許多放大器的輸出阻抗遠(yuǎn)低于此。也就是說(shuō)，許多基于IC的運(yùn)算放大器的驅(qū)動(dòng)能力自然受到限制。

共模抑制：運(yùn)算放大器的另一個(gè)重要特性是其共模抑制。這是指將同一信號(hào)應(yīng)用于兩個(gè)輸入的情況。對(duì)于理想的差分放大器，在這種情況下，輸出端不應(yīng)看到輸出，但放大器永遠(yuǎn)不會(huì)完美。

實(shí)際共模抑制比CMMR是信號(hào)施加到兩個(gè)輸入時(shí)的輸出電平與僅施加到一個(gè)輸入時(shí)的輸出電平之間的比率。這個(gè)數(shù)字以分貝表示，通常超過(guò)70dB左右。

通過(guò)使用運(yùn)算放大器的共模抑制，可以設(shè)計(jì)一個(gè)降低低電平信號(hào)干擾水平的電路。信號(hào)和返回線施加到兩個(gè)輸入端，并且僅放大差分信號(hào)，兩條線路上拾取和出現(xiàn)的任何噪聲或干擾都將被抑制。這通常用于（儀表放大器）。

帶寬有限：運(yùn)算放大器的帶寬變化可能很大。理想的放大器將具有無(wú)限帶寬，但正如人們可能想象的那樣，這是不可能的，而且在實(shí)踐中也很難使用和馴服。實(shí)際上，運(yùn)算放大器的帶寬有限。許多用于音頻應(yīng)用的芯片可能只能在相對(duì)較小的帶寬上顯示其全部增益，在此之后增益下降。盡管如此，大多數(shù)電路的作用是降低增益，并使這種較小的增益水平能夠在較大的帶寬上保持。

基本運(yùn)算放大器電路

雖然運(yùn)算放大器被廣泛用作放大器，但它們也可以作為許多其他電路的基礎(chǔ)。

當(dāng)運(yùn)算放大器電路在放大器周圍放置反饋時(shí)，改變此值會(huì)改變整個(gè)電路的特性。改變反饋不僅可以改變?cè)鲆嫠?，還可以改變電路的功能-只需改變反饋電平和配置，就可以制造微分器、積分器、濾波器、振蕩器、非穩(wěn)態(tài)、多諧振蕩器和更多電路。

圍繞運(yùn)算放大器有許多不同的電路。這些通常易于設(shè)計(jì)和構(gòu)造。

運(yùn)算放大器品種

與任何其他形式的電子元件一樣，運(yùn)算放大器有多種種類。運(yùn)算放大器采用多種IC封裝。像μA709這樣的早期運(yùn)算放大器采用圓形8引腳金屬罐，而后來(lái)的運(yùn)算放大器則采用8引腳雙列直插式封裝。多個(gè)運(yùn)算放大器也采用14引腳DIL封裝-甚至還有采用8引腳DIL的雙運(yùn)算放大器，但由于封裝上的引腳不足，無(wú)法訪問(wèn)失調(diào)零點(diǎn)功能。

隨著電子元件轉(zhuǎn)向表面貼裝頁(yè)面，運(yùn)算放大器采用低計(jì)數(shù)封裝，因此在需要時(shí)可以輕松插入不同的電路。

運(yùn)算放大器還提供多種性能參數(shù)。除了提供一般性能特征的產(chǎn)品外，還有其他產(chǎn)品提供低噪聲性能、低失調(diào)、高輸入阻抗、高頻性能以及各種其他增強(qiáng)型領(lǐng)域。

因此，可以獲得這些電子元件的格式和性能，幾乎可以滿足所有要求。

運(yùn)算放大器是模擬電子器件非常有用的構(gòu)建模塊。作為一種差分放大器電路，它適用于許多領(lǐng)域或模擬電子電路設(shè)計(jì)。鑒于用途