运算放大器基础:运算放大器简介

工程师目前可以访问数千种不同的运放芯片。用“运放”这个术语来识别所有这些器件有点误导，因为实际上它们构成了不同的组件组。另一方面，运放一致地表现出各种基本特性，这样它们就代表了一个相当统一的组件类别。

为什么我们要使用运算放大器?

在我们开始探索电的定义之前运算放大器的特点，我们需要了解为什么这些组件如此流行和有效。

• 运算放大器已经大量生产了几十年，因此工程师可以获得大量的、多样的部件集合，提供低成本和高性能。
• 运算放大器是非常通用的。很难想象一个模拟电路既不能用运算放大器实现，也不能通过加运算放大器来改进。
• 围绕运算放大器设计电路要比使用分立晶体管容易得多。运算放大器的电气特性导致简化假设，在许多应用中，这些假设不会在理论电路和实际电路之间引入显著差异。

运算放大器电路符号

简化的、理想的运放是一个三端器件。

左边的两个端子是输入端子，右边的端子是输出端子。请注意，输入端子有不同的标签:加号表示非反相输入端，负号表示反相输入端。

一个真正的运放需要至少5个端子-两个输入，一个输出，两个电源连接:

双电源运放电路(左边的)使用一个正电源电压和一个负电源电压。在单电源配置中(右侧)，负极电源端子是接地的。

我们在画运算放大器时常常忽略电源端子，因为我们假定设备连接的电源电压能够在给定的应用环境中正常工作。然而，重要的是要记住运算放大器的输出电压范围受其电源电压的限制。

运算放大器的电气模型

的理想化input-to-output典型运放的关系如下图所示:

尽管实际运算放大器中存在复杂的电路，但我们可以通过假设运算放大器是a型运算放大器，成功地执行许多基于运算放大器的设计任务压控电压源(理想)。控制电压为\[(V_{IN+} - V_{IN-})\]，控制电压与VCVS产生的电压的比例系数为运算放大器的增益，用A表示:

\ [V_{出}= (V_{+}的-V_ {-}) \]

运算放大器有很高的增益，通常在\[10^5\]甚至\[10^6\]以上。在以后的视频中我们会看到，这种高增益(理想情况下是无限增益)是非常重要的——不是因为我们经常需要将信号的振幅增加5或6个数量级，而是因为将高增益与差分输入级相结合的放大器提供了一种方便的手段来利用与之相关的有益特性负面的反馈。

让我们看看上面所示的VCVS模型所隐含的一些额外特征。

• 运算放大器是a差分放大器它放大两个输入电压之间的差值。
• 根据前面的陈述，运算放大器表现出模抑制。运算放大器将拒绝(即忽略)任何电压分量，如噪声或直流偏置，这是存在于两个输入信号。
• 运算放大器具有差分输入级和单端输出;因此，它可以被认为是一种差动-单端变换器。然而，事实证明，现实生活中的运放应用与单端输入信号的关系更密切。事实上，我们有另一个名字来称呼那些专门为差分输入信号而设计的设备:它们被称为仪表放大器。

总结

• 运算放大器应用于无数模拟和混合信号电路中。
• 这些极受欢迎的ic是负担得起，多功能，易于使用。
• 理想的运放有三个端子:两个输入端和一个输出端。
• 运算放大器的功能类似于电压控制电压源，它对非反相输入端和反相输入端之间的电压差施加极高的增益。