運算放大器基礎(chǔ)知識詳解

運算放大器簡述

運算放大器（簡稱“運放”）是具有很高放大倍數(shù)的電路單元。在實際電路中，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。其輸出信號可以是輸入信號加、減或微分、積分等數(shù)學運算的結(jié)果。

由于早期應(yīng)用于模擬計算機中，用以實現(xiàn)數(shù)學運算，故得名“運算放大器”。運放是一個從功能的角度命名的電路單元，可以由分立的器件實現(xiàn)，也可以實現(xiàn)在半導體芯片當中。隨著半導體技術(shù)的發(fā)展，大部分的運放是以單芯片的形式存在。運放的種類繁多，廣泛應(yīng)用于電子行業(yè)當中。

運算放大器發(fā)展史

1941年

1941年：貝爾實驗室的Karl D. Swartzel Jr.發(fā)明了真空管組成的第一個運算放大器，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)品販售的運算放大器是George A. Philbrick Researches（GAP/R）公司的真空管運算放大器，型號K2-W;

1963年

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

1968年

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

運算放大器的必讀基本知識

運算放大器具有兩個輸入端和一個輸出端，如下圖所示，其中標有“+”號的輸入端為“同相輸入端”而不能叫做正端)，另一只標有“一”號的輸入端為“反相輸入端”同樣也不能叫做負端，如果先后分別從這兩個輸入端輸入同樣的信號，則在輸出端會得到電壓相同但極性相反的輸出信號：輸出端輸出的信號與同相輸人端的信號同相，而與反相輸入端的信號反相。

運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特的用途，總的來說，這些特性可以綜合為兩條：

1、運算放大器的放大倍數(shù)為無窮大。

2、運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特性可以得到一些什么樣的結(jié)論。

首先，運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，輸出端就會有與正的或負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，運算放大器的輸出端就會輸出一個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，運算放大器的輸出端就會輸出一個與負電源電壓相同的電壓(如果運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，所以不能將運算放大器直接用來做放大器用，必須要將輸出的信號反饋到反相輸入端(稱為負反饋)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返回到運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，所以會減小電路的放大倍數(shù)，是一個負反饋電路，電阻Rf也叫做負反饋電阻。

還有，由于運算放大器的輸入為無窮大，所以運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，電阻兩端就不會有電壓，所以我們又可以認為在運算放大器的兩個輸人端電壓是相同的(電壓在這種情況就有點像用導線將兩個輸入端短路，所以我們又將這種現(xiàn)象叫做“虛短”)。