運算放大器

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。 [1] 由于早期應用于模擬計算機中，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，廣泛應用于電子行業(yè)當中。

運放如圖有兩個輸入端a(反相輸入端)，b(同相輸入端)和一個輸出端o。也分別被稱為倒向輸入端非倒向輸入端和輸出端。當電壓U-加在a端和公共端(公共端是電壓為零的點，它相當于電路中的參考結(jié)點。)之間，且其實際方向從a 端高于公共端時，輸出電壓U實際方向則自公共端指向o端，即兩者的方向正好相反。當輸入電壓U+加在b端和公共端之間，U與U+兩者的實際方向相對公共端恰好相同。為了區(qū)別起見，a端和b 端分別用“-”和“+”號標出，但不要將它們誤認為電壓參考方向的正負極性。電壓的正負極性應另外標出或用箭頭表示。

一般可將運放簡單地視為：具有一個信號輸出端口(Out)和同相、反相兩個高阻抗輸入端的高增益直接耦合電壓放大單元，因此可采用運放制作同相、反相及差分放大器。

運放的供電方式分雙電源供電與單電源供電兩種。對于雙電源供電運放，其輸出可在零電壓兩側(cè)變化，在差動輸入電壓為零時輸出也可置零。采用單電源供電的運放，輸出在電源與地之間的某一范圍變化。

運放的輸入電位通常要求高于負電源某一數(shù)值，而低于正電源某一數(shù)值。經(jīng)過特殊設計的運放可以允許輸入電位在從負電源到正電源的整個區(qū)間變化，甚至稍微高于正電源或稍微低于負電源也被允許。這種運放稱為軌到軌(rail-to-rail)輸入運算放大器。

運算放大器的輸出信號與兩個輸入端的信號電壓差成正比，在音頻段有：輸出電壓=A0(E1-E2)，其中，A0 是運放的低頻開環(huán)增益(如 100dB，即 100000 倍)，E1 是同相端的輸入信號電壓，E2 是反相端的輸入信號電壓。

運算放大器是用途廣泛的器件，接入適當?shù)姆答伨W(wǎng)絡，可用作精密的交流和直流放大器、有源濾波器、振蕩器及電壓比較器。

反相放大器

電子電路中的運算放大器，有同相輸入端和反相輸入端，輸入端的極性和輸出端是同一極性的就是同相放大器，而輸入端的極性和輸出端相反極性的則稱為反相放大器。反相放大器電路具有放大輸入信號并反相輸出的功能。

反相放大器電路具有放大輸入信號并反相輸出的功能。“反相”的意思是正、負號顛倒。這個放大 器應用了負反饋技術。所謂負反饋，即將輸出信號的一部分返回到輸入，在圖所示電路中，象把輸出Vout經(jīng)由R2 連接(返回)到反相輸入端(-)的連接方法就是負反饋。

運算放大器具有以下特點，當輸出端不加電源電壓時，正相輸入端(+)和反相輸入端(-)被認為施加了相同的電壓，也就是說可以認為是虛短路。所以，當正相輸入端 (+)為0V時，A點的電壓也為0V。

運算放大器的輸入阻抗極高，反相輸入端(-)中基本上沒有電流。因此，當Ie經(jīng)由A點流向R2時，I1和I2電流基本相等。由以上條件，對R2使用歐姆定律，則得出Vout=- I1xR2。I1為負是因為I2從電壓為0V的點A 流出。換一個角度來看，當反相輸入端(-)的輸入電壓上升時，輸出會被反相，向負方向大幅度放大。由于這 個負方向的輸出電壓經(jīng)由R2與反相輸入端相連，因此，會使反相輸入端(-)的電壓上升受阻。反相輸入端和正 相輸入端電壓都變?yōu)?V，輸出電壓穩(wěn)定。

通過這個放大器電路中輸入與輸出的關系來計算一下增益。增益是Vout和Vin的比，即 Vout/Vin= (-I1xR2) / (I1xR1) =- R2/R1。所得增益為-，表示波形反相。

應用：

積分器

將原來反相放大器R2電阻，換成一顆電容器C2 ， 此時輸入信號Vi與輸出信號Vo之關系，形成一積分關系。

微分器

將原來反相放大器R1電阻，換成一顆電電容器C ，此時輸入信號Vi與輸出信號Vo之關系，即變形成一微分關系。

加法器

若將反相放大器稍微變化一下，此時輸入信號與輸出信號Vo之關系，若R1 = R2 = R3 =。..= Rn = Rf，就可簡化為Vo =-(V1+V2+V3+.。.+Vn)，形成一加法關系。

電子電路中的運算放大器，有同相輸入端和反相輸入端，輸入端的極性和輸出端是同一極性的就是同相放大?

器，而輸入端的極性和輸出端相反極性的則稱為反相放大器。

運放的同相和反相區(qū)別：

1、同相放大器的輸入阻抗和運放的輸入阻抗相等，接近無窮大，同相放大器的輸入電阻取值大小不影響輸入阻抗;而反相放大器的輸入阻抗等于信號到輸入端的串聯(lián)電阻的阻值。因此當要求輸入阻抗很高的時候就應選擇同相放大器!

2、同相放大器的輸入信號范圍受運放的共模輸入電壓范圍的限制，反相放大器則無此限制。因此如果要求輸入阻抗不高且相位無要求時，首選反相放大，因為反相放大只存在差模信號，抗干擾能力強，可以得到更大的輸入信號范圍。

3、在設計中要求放大倍數(shù)相同的情況下盡量選擇數(shù)值小的電阻配合，這樣可以減小輸入偏置電流的影響和分布電容的影響。如果很計較功耗，則要在電阻數(shù)值方面折中。