運(yùn)算放大器的原理 運(yùn)算放大器本身具有哪些特點(diǎn)？

運(yùn)算放大器，是直流耦合的高增益電子電壓放大器具有差分輸入和輸出。在這種配置中，運(yùn)算放大器產(chǎn)生的輸出電勢(shì)(相對(duì)于電路接地)通常比其輸入端子之間的電勢(shì)差大100,000倍。運(yùn)算放大器起源于模擬計(jì)算機(jī)，在模擬計(jì)算機(jī)中，它們被用于在許多線性，非線性和頻率相關(guān)的電路中執(zhí)行數(shù)學(xué)運(yùn)算。

運(yùn)算放大器在模擬電路中的普及是由于其多功能性。通過(guò)使用負(fù)反饋，運(yùn)算放大器電路的特性，其增益、輸入和輸出阻抗、帶寬等由外部組件確定，并且?guī)缀醪灰蕾囉谶\(yùn)算放大器本身的溫度系數(shù)或工程公差。

運(yùn)算放大器是當(dāng)今使用最廣泛的電子設(shè)備之一，廣泛用于消費(fèi)類，工業(yè)和科學(xué)設(shè)備中。中等產(chǎn)量時(shí)，許多標(biāo)準(zhǔn)IC運(yùn)算放大器的成本僅為幾美分。但是，一些具有特殊性能規(guī)格的集成或混合運(yùn)算放大器的小批量?jī)r(jià)格可能超過(guò)100 美元。[運(yùn)算放大器可以封裝為組件，也可以用作更復(fù)雜的集成電路的元件。

運(yùn)算放大器是當(dāng)今使用最廣泛的電子設(shè)備之一，廣泛用于消費(fèi)類，工業(yè)和科學(xué)設(shè)備中。中等產(chǎn)量時(shí)，許多標(biāo)準(zhǔn)IC運(yùn)算放大器的成本僅為幾美分。但是，一些具有特殊性能規(guī)格的集成或混合運(yùn)算放大器的小批量?jī)r(jià)格可能超過(guò)100 美元。[運(yùn)算放大器可以封裝為組件，也可以用作更復(fù)雜的集成電路的元件。

運(yùn)算放大器簡(jiǎn)稱“運(yùn)放”是具有很高放大倍數(shù)的電路單元。內(nèi)含多級(jí)放大電路的電子集成電路，其輸入級(jí)是差分放大電路，具有高輸入電阻和抑制零點(diǎn)漂移能力;中間級(jí)主要進(jìn)行電壓放大，具有高電壓放大倍數(shù)。在實(shí)際電路中，通常結(jié)合反饋網(wǎng)絡(luò)共同組成某種功能模塊。它是一種帶有特殊耦合電路及反饋的放大器。

運(yùn)算放大器的原理是通過(guò)放大輸入信號(hào)，使其達(dá)到所需的輸出電平，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大。運(yùn)算放大器通過(guò)改變其內(nèi)部電路的參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的放大、增益控制、頻率響應(yīng)控制等功能。

運(yùn)算放大器是一種基本的電子元件，具有以下特點(diǎn)：

高增益：運(yùn)算放大器的主要功能是放大電壓信號(hào)，具有高增益特性，通常達(dá)到幾千到幾十萬(wàn)倍的放大倍數(shù)。

輸入阻抗高：運(yùn)算放大器的輸入電阻非常高，因此對(duì)于輸入電路來(lái)說(shuō)，不會(huì)對(duì)被測(cè)電路產(chǎn)生負(fù)載效應(yīng)。

輸出阻抗低：運(yùn)算放大器的輸出電阻非常低，可以承擔(dān)大電流輸出，同時(shí)還能夠保持較為穩(wěn)定的電壓輸出。

線性增益：運(yùn)算放大器在額定工作范圍內(nèi)，具有非常好的線性增益特性。

可控制的增益：通過(guò)外部電路可以實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)算放大器增益的調(diào)節(jié)，從而滿足不同的應(yīng)用需求。

可編程性：某些運(yùn)算放大器可以根據(jù)需要進(jìn)行編程，使其具有更多的功能和靈活性。

低偏置電流：運(yùn)算放大器的輸入端偏置電流非常低，這使得它們適用于測(cè)量高電阻電路中的小電流和小信號(hào)。

寬頻帶：運(yùn)算放大器具有較寬的頻帶，可以應(yīng)用于高頻信號(hào)的放大。

雙電源供電：運(yùn)算放大器需要雙電源供電(正電源和負(fù)電源)，可以適用于各種電源供電條件下的應(yīng)用。

運(yùn)算放大器可以用于實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的加減乘除等運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大、濾波、增益控制等功能。運(yùn)算放大器可以用于模擬信號(hào)的處理，如模擬信號(hào)的放大、濾波、增益控制等，也可以用于數(shù)字信號(hào)的處理，如數(shù)字信號(hào)的放大、濾波、增益控制等。

運(yùn)算放大器(OperaTIonal Amplifier,簡(jiǎn)稱OP、OPA、OPAMP)是一種直流耦合﹐差模(差動(dòng)模式)輸入、通常為單端輸出(DifferenTIal-in, single-ended output)的高增益(gain)電壓放大器，因?yàn)閯傞_(kāi)始主要用于加法，乘法等運(yùn)算電路中，因而得名。一個(gè)理想的運(yùn)算放大器必須具備下列特性：無(wú)限大的輸入阻抗、等于零的輸出阻抗、無(wú)限大的開(kāi)回路增益、無(wú)限大的共模排斥比的部分、無(wú)限大的頻寬。

一個(gè)運(yùn)算放大器模組一般包括一個(gè)正輸入端(OP_P)、一個(gè)負(fù)輸入端(OP_N)和一個(gè)輸出端(OP_O)。

最基本的運(yùn)算放大器

如圖所示，其中標(biāo)有“+”號(hào) 的輸入端為“同相輸入端”而不能叫做正端)，另一只標(biāo)有“一”號(hào)的輸入端為“反相輸入端”同樣也不能叫做負(fù)端，如果先后分別從這兩個(gè)輸入端輸入同樣的信 號(hào)，則在輸出端會(huì)得到電壓相同但極性相反的輸出信號(hào)：輸出端輸出的信號(hào)與同相輸人端的信號(hào)同相，而與反相輸入端的信號(hào)反相。

運(yùn)算放大器有一些特性，靈活應(yīng)用這些特性可以獲得很多獨(dú)特的用途，總的來(lái)說(shuō)，這些特性可以綜合為兩條：

1、運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)為無(wú)窮大。

2、運(yùn)算放大器的輸入電阻為無(wú)窮大，輸出電阻為零。

運(yùn)算放大器的分類

按照集成運(yùn)算放大器的參數(shù)來(lái)分,集成運(yùn)算放大器可分為如下幾類。

1.通用型運(yùn)算放大器

通用型運(yùn)算放大器就是以通用為目的而設(shè)計(jì)的。這類器件的主要特點(diǎn)是價(jià)格低廉、產(chǎn)品量大面廣,其性能指標(biāo)能適合于一般性使用。例μA741(單運(yùn)放)、LM358(雙運(yùn)放)、LM324(四運(yùn)放)及以場(chǎng)效應(yīng)管為輸入級(jí)的LF356都屬于此種。它們是目前應(yīng)用最為廣泛的集成運(yùn)算放大器。

2.高阻型運(yùn)算放大器

這類集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn)是差模輸入阻抗非常高,輸入偏置電流非常小,一般rid>1GΩ~1TΩ,IB為幾皮安到幾十皮安。實(shí)現(xiàn)這些指標(biāo)的主要措施是利用場(chǎng)效應(yīng)管高輸入阻抗的特點(diǎn),用場(chǎng)效應(yīng)管組成運(yùn)算放大器的差分輸入級(jí)。用FET作輸入級(jí),不僅輸入阻抗高,輸入偏置電流低,而且具有高速、寬帶和低噪聲等優(yōu)點(diǎn),但輸入失調(diào)電壓較大。常見(jiàn)的集成器件有LF355、LF347(四運(yùn)放)及更高輸入阻抗的CA3130、CA3140等。

3.低溫漂型運(yùn)算放大器

在精密儀器、弱信號(hào)檢測(cè)等自動(dòng)控制儀表中,總是希望運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓要小且不隨溫度的變化而變化。低溫漂型運(yùn)算放大器就是為此而設(shè)計(jì)的。目前常用的高精度、低溫漂運(yùn)算放大器有OP07、OP27、AD508及由MOSFET組成的斬波穩(wěn)零型低漂移器件ICL7650等。

4.高速型運(yùn)算放大器

在快速A/D和D/A轉(zhuǎn)換器、視頻放大器中,要求集成運(yùn)算放大器的轉(zhuǎn)換速率SR一定要高,單位增益帶寬BWG一定要足夠大,像通用型集成運(yùn)放是不能適合于高速應(yīng)用的場(chǎng)合的。高速型運(yùn)算放大器主要特點(diǎn)是具有高的轉(zhuǎn)換速率和寬的頻率響應(yīng)。常見(jiàn)的運(yùn)放有LM318、μA715等,其SR=50~70V/us,BWG>20MHz。

5.低功耗型運(yùn)算放大器

由于電子電路集成化的最大優(yōu)點(diǎn)是能使復(fù)雜電路小型輕便,所以隨著便攜式儀器應(yīng)用范圍的擴(kuò)大,必須使用低電源電壓供電、低功率消耗的運(yùn)算放大器相適用。常用的運(yùn)算放大器有TL-022C、TL-060C等,其工作電壓為±2V~±18V,消耗電流為50~250μA。目前有的產(chǎn)品功耗已達(dá)μW級(jí),例如ICL7600的供電電源為1.5V,功耗為10mW,可采用單節(jié)電池供電。

6.高壓大功率型運(yùn)算放大器

運(yùn)算放大器的輸出電壓主要受供電電源的限制。在普通的運(yùn)算放大器中,輸出電壓的最大值一般僅幾十伏,輸出電流僅幾十毫安。若要提高輸出電壓或增大輸出電流,集成運(yùn)放外部必須要加輔助電路。高壓大電流集成運(yùn)算放大器外部不需附加任何電路,即可輸出高電壓和大電流。例如D41集成運(yùn)放的電源電壓可達(dá)±150V,μA791集成運(yùn)放的輸出電流可達(dá)1A。

7.可編程控制運(yùn)算放大器

在儀器儀表得使用過(guò)程中都會(huì)涉及到量程得問(wèn)題.為了得到固定電壓得輸出,就必須改變運(yùn)算放大器得放大倍數(shù).例如:有一運(yùn)算放大器得放大倍數(shù)為10倍,輸入信號(hào)為1mv時(shí),輸出電壓為10mv,當(dāng)輸入電壓為0.1mv時(shí),輸出就只有1mv,為了得到10mv就必須改變放大倍數(shù)為100.程控運(yùn)放就是為了解決這一問(wèn)題而產(chǎn)生得.例如PGA103A,通過(guò)控制1,2腳的電平來(lái)改變放大的倍數(shù).