運(yùn)算放大器基礎(chǔ)知識(shí)詳解

運(yùn)算放大器簡述

運(yùn)算放大器（簡稱“運(yùn)放”）是具有很高放大倍數(shù)的電路單元。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。其輸出信號(hào)可以是輸入信號(hào)加、減或微分、積分等數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果。

由于早期應(yīng)用于模擬計(jì)算機(jī)中，用以實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)運(yùn)算，故得名“運(yùn)算放大器”。運(yùn)放是一個(gè)從功能的角度命名的電路單元，可以由分立的器件實(shí)現(xiàn)，也可以實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片當(dāng)中。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，大部分的運(yùn)放是以單芯片的形式存在。運(yùn)放的種類繁多，廣泛應(yīng)用于電子行業(yè)當(dāng)中。

運(yùn)算放大器發(fā)展史

1941年

1941年：貝爾實(shí)驗(yàn)室的Karl D. Swartzel Jr.發(fā)明了真空管組成的第一個(gè)運(yùn)算放大器，并取得美國專利2,401,779，命名為“Summing Amplifier”;

1952年

1952年：首次作為商業(yè)產(chǎn)品販?zhǔn)鄣倪\(yùn)算放大器是George A. Philbrick Researches（GAP/R）公司的真空管運(yùn)算放大器，型號(hào)K2-W;

1963年

1963年：第一個(gè)以集成電路單一芯片形式制成的運(yùn)算放大器是Fairchild Senmiconductors的Bob Widlar所設(shè)計(jì)的μA702,1965年經(jīng)改后推出μA709；

1968年

1968年：Fairchild半導(dǎo)體公司推出的μA741。迄今為止仍然在生產(chǎn)使用，他是有史以來最成功的運(yùn)算放大器，也是極少數(shù)最長壽的IC型號(hào)之一。

運(yùn)算放大器的必讀基本知識(shí)

運(yùn)算放大器具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，如下圖所示，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)算放大器所接的電源可以是單電源的，也可以是雙電源的，如下圖所示。

運(yùn)算放大器有一些非常有意思的特性，靈活應(yīng)用這些特性可以獲得很多獨(dú)特的用途，總的來說，這些特性可以綜合為兩條：

1、運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)為無窮大。

2、運(yùn)算放大器的輸入電阻為無窮大，輸出電阻為零。

現(xiàn)在我們來簡單地看看由于上面的兩個(gè)特性可以得到一些什么樣的結(jié)論。

首先，運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)為無窮大，所以只要它的輸入端的輸入電壓不為零，輸出端就會(huì)有與正的或負(fù)的電源一樣高的輸出電壓本來應(yīng)該是無窮高的輸出電壓，但受到電源電壓的限制。準(zhǔn)確地說，如果同相輸入端輸入的電壓比反相輸入端輸入的電壓高，哪怕只高極小的一點(diǎn)，運(yùn)算放大器的輸出端就會(huì)輸出一個(gè)與正電源電壓相同的電壓;反之，如果反相輸入端輸入的電壓比同相輸人端輸入的電壓高，運(yùn)算放大器的輸出端就會(huì)輸出一個(gè)與負(fù)電源電壓相同的電壓(如果運(yùn)算放大器用的是單電源，則輸出電壓為零)。

其次，由于放大倍數(shù)為無窮大，所以不能將運(yùn)算放大器直接用來做放大器用，必須要將輸出的信號(hào)反饋到反相輸入端(稱為負(fù)反饋)來降低它的放大倍數(shù)。如圖1-3中左圖所示，R1的作用就是將輸出的信號(hào)返回到運(yùn)算放大器的反相輸入端，由于反相輸入端與輸出的電壓是相反的，所以會(huì)減小電路的放大倍數(shù)，是一個(gè)負(fù)反饋電路，電阻Rf也叫做負(fù)反饋電阻。

還有，由于運(yùn)算放大器的輸入為無窮大，所以運(yùn)算放大器的輸入端是沒有電流輸入的——它只接受電壓。同樣，如果我們想象在運(yùn)算放大器的同相輸入端與反相輸入端之間是一只無窮大的電阻，那么加在這個(gè)電阻兩端的電壓是不能形成電流的，沒有電流，根據(jù)歐姆定律，電阻兩端就不會(huì)有電壓，所以我們又可以認(rèn)為在運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸人端電壓是相同的(電壓在這種情況就有點(diǎn)像用導(dǎo)線將兩個(gè)輸入端短路，所以我們又將這種現(xiàn)象叫做“虛短”)。