運(yùn)算放大器的工作原理

運(yùn)算放大器是一種電子設(shè)備，用于放大輸入信號(hào)的幅度。它主要用于信號(hào)處理和放大電路中，以提高信號(hào)質(zhì)量和增強(qiáng)系統(tǒng)性能。運(yùn)算放大器具有高增益、低失真和高輸入阻抗等特性，使其成為電子工程領(lǐng)域中不可或缺的元件。

運(yùn)算放大器有三個(gè)端口，其中有兩個(gè)輸入端口，分別為“+”和“-”，一個(gè)輸出端口。當(dāng)輸入信號(hào)從“-”端口輸入放大器時(shí)，輸出端的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)反相;反之，當(dāng)輸入信號(hào)從“+”端口輸入放大器時(shí)，輸出端的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)同相;

當(dāng)兩個(gè)輸入端口同時(shí)輸入信號(hào)時(shí)，運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)減數(shù)運(yùn)算，輸出信號(hào)與較大的一方同相。所以說，運(yùn)算放大器基本上可以說是一個(gè)電壓放大器。一個(gè)理想的運(yùn)算放大器必須具備下列特性：無限大的 輸入阻抗、等于零的輸出阻抗、無限大的開回路增益、無限大的共模排斥比的部分、無限大的頻寬。

運(yùn)算放大器的分類

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

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。

高阻型

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效應(yīng)管高輸入阻抗的特點(diǎn)，用場效應(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。常見的集成器件有LF355、LF347（四運(yùn)放）及更高輸入阻抗的CA3130、CA3140等。

低溫漂型

在精密儀器、弱信號(hào)檢測等自動(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。當(dāng)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。

高速型

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)。常見的運(yùn)放有LM318、μA715等，其SR=50~70V/us,BWG>20MHz。

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。

高壓大功率型

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。

可編程控制型

在儀器儀表得使用過程中都會(huì)涉及到量程得問題.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題而產(chǎn)生的。例如PGA103A，通過控制1,2腳的電平來改變放大的倍數(shù)。