什么是运算放大器

运算放大器简介

OP放大器 (Operational Amplifier)即运算放大器 (简称运放”) 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。它是一种带有特殊耦合电路及反馈的放大器。其输出信号可以是输入信号加、减或微分、积分等数学运算的结果。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”。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，也可以在半导体芯片当中实现随着半导体技术的发展，大部分的运放是以单芯片的形式存在。运放的种类繁多，广泛应用于电子行业当中。

一、运放特点

1、开环放大公式:Vo=Avo(V+-V)

2、开环放大增益非常大105。

3、输入阻抗非常大。(虚断)

4、输出阻抗非常小。

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二、运放工作电路特点

1、运算电路中的集成运放应当工作在线性区

2、电路中必须引入负反馈。且引入电压负反馈

三、虚短和虚断是分析运算电路的基本出发点

1、两个输入端，输入电压和输入电流均为零，相当于输入端是断开的，所以称之为虚断

2、无论输入电压，还是输出电压，它的电位是相等的。相当于短路的一样，所以称之为虚短。

四、运算放大器的分类

通用运算放大器: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、涵盖面广，其性能指标能适合于一般性使用。例如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

精密运放放大器:在精密仪器、弱信号检测等自动控制仪表中，希望运放的失调电压要小，且不随温度的变化而变化。底温漂型运放就是为此设计的。目前常用的低温漂型运放有OP07、OP27、OP37、AD508及MOSFET组成的斩波稳零型低温漂移器件ICL7650等

高速运放放大器:在快速A/D和D/A转换器、视频放大器中，要求集成运算放大器的转换速率SR(也称压摆率)一定要高，单位增益带宽BWG一定要足够大，通用型集成运放是不能适合于高速应用的场合的。高速型运算放大器主要特点是具有高的转换速率和宽的频率响应。常见的运放有LM318等，其SR=50~70V/us，BWG>20MHz

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R>1G~1T2，一般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LF355、LF347 (四运放)及输入阻抗更高的CA3130、CA3140等

低功耗型运算放大器:由于电子电路集成化的最大优点是能使复杂电路小型轻便，所以随着便携式仪器应用范围的扩大，就必须使用低电源电压供电、低功率消耗的运算放大器。常用的运算放大器有TL-022C、TL060C等，其工作电压为+2V+18V、消耗电流为5250uA。目前有的产品功耗已达uw级。

可编程控制运算放大器:在仪器仪表的使用过程中都会涉及到量程的问题。为了得到固定电压的输出，就必须改变运算放大器的放大倍数。例如:一个运算放大器的放大倍数为10倍，输入信号为1mv时，输出电压为10mv，当输入电压为0.1mv时，输出就只有1mv，为了得到10mv就必须改变放大倍数为100。程控运放就是为了解决这一问题而产生的。

高压大功率运算放大器: 运放的输出电压主要受供电电源的限制。在普通运放中，输出的电压最大值一般仅有几十伏，输出电流仅几十毫安，若要提高多输出电压或输出电流，运放外部必须要加辅助电路。高压大功率运放外部不需要附加任何电路，即可输出高电压和大电流。D41运放的电源电压可达+150V，uA791运放的输出电流可达1A。

五、设计和开发资源

https://www.ti.com.cn/zh-cn/amplifier-circuit/op-amps/audio/overview.html

六、反相比例运算电路

七、T型网络反相比人例运算电路

案例:设计一个放大器，输入阻抗是100K，放大倍数AV=80倍用于小信号放大。输入输出相位相反。

公式:

确定输入电阻: Ri=R1=100K

确定R2与R4;R2=R4=100K

确定R3

因(R2+R4)/R1+ (R2R4/ R1R3)=80 所以R2R4/ R1R3=78 所以R3=1.282K 取值1.27K

R5=R1//{R2+(R3//R4)}=50.3K 取值51K

总结电路特点：

输入阻抗可以设置得比较大。

用相对小的反馈电阻可以将增益设计得比较大反馈网络电阻较小，抗千扰能力强

反馈网络电阻较小，抗干扰能力强普通反馈电阻太大时，抗干扰能力就会越差，而且电感效应越明显

八、同相比例运算电路

电压跟随器作用:

1、作为电路中的缓冲级

2、作为电路中的隔离级

3、提高电路的带负载能力

在同相比例运算电路中，若将输出电压全部反馈到反向输入端，就构成了电压跟随器。电路引入电压串联负反馈，反馈系数为1。

U。= Ux = Up U,= Ui

反馈电阻:

1、当信号源内阻较大时候，添加一个与信号源内阻相同反馈电阻，可以减少输出失调电压，提高精度。

2、当电路发生阻塞时候，可以限制反馈电流，保护输入端。

九、反相求和运算电路 （Ui=Uo）

十、同相求和运算电路

十一、加减运算电路

十二、差分比例运算电路

十三、积分运算电路

解答问题1.当输入给它个信号的时候，这个信号给电容充电，说明有电流流过，那就证明这个反馈是存在的，当电容一直能到负的VCC的时候，这个电容上面的电流就消失了。没有电流之后，电容相当于是个开路，开路时的开环放大倍数是无穷大的。所以输出的电压接近于电源电压，这时运放进入饱和状态

解答问题2.因为这个电路进入饱和才需要增放这个反馈电阻。如果没有反馈电阻的存在的话这个饱和就不会产生。反馈电阻加进来对整个电有一定的影响的，如果这个电路工作在高频状态的话，这个电阻通常是不需要的。

积分运算电路的作用：

1、可以将方波变换成三角波； 2、可以将正弦信号变成余弦信号

十四、同相积分运算电路

十五、微分运算电路