?運算放大器(Operational Amplifier，簡稱Op-Amp)是一種具有很高放大倍數(shù)的電路單元，主要用于對輸入信號進行放大、運算等處理。? 運算放大器通常結(jié)合反饋網(wǎng)絡(luò)共同組成某種功能模塊，其輸出信號可以是輸入信號加、減或微分、積分等數(shù)學(xué)運算的結(jié)果。

運算放大器(op amp)是指具有明確定義操作特性的集成電路。單個集成電路可以包含一個運算放大器，也可以在一個單一芯片上包含多個運算放大器。因此，你可能會看到一個只有一個運算放大器的集成電路，也可能會看到一個在同一塊硅片上實際上有多個運算放大器的集成電路。運算放大器廣泛應(yīng)用于計算機電路和工業(yè)計算機應(yīng)用中。

運算放大器特性

在實際中，運算放大器的輸入阻抗是非常大的，我們可以認為是無窮大，輸出阻抗接近于零，可以認為是零。大部分情況下，運算放大器本質(zhì)上是一個具有單端輸出的差分放大器，其輸出是非反相輸出。 差分放大器大部分有兩個輸入和兩個輸出，一個是反相輸出，一個是非反相輸出。大多數(shù)運算放大器使用雙電源，即與一個正電源和一個負電源相關(guān)聯(lián)。一些運算放大器具有多個補償引腳，這些引腳用于微調(diào)運算放大器的行為。例如當輸入引腳上為0伏時，可能會產(chǎn)生一些輸出電壓。這被稱為偏移電壓，可能是正的或負的。補償引腳用于抵消這種偏移電壓。需要注意的是，通常情況下，運算放大器的增益為100000，因此輸入端上的微小電壓可能會導(dǎo)致相當大的輸出電壓，因此有時需要這些補償引腳來調(diào)整輸出電壓。通常來說，運算放大器包含兩個輸入端，一個輸出端，兩個電源接口，一個或多個補償引腳。下圖表示一個實際的運算放大器。

分類

根據(jù)不同的應(yīng)用場景和性能要求，運算放大器可以分為多種類型，包括：

低噪聲運算放大器：用于接收微弱的信號并將其放大到可測量的范圍，廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)和醫(yī)療儀器等領(lǐng)域。

高增益運算放大器：具有很高的放大倍數(shù)和較低的失真率，常用于音頻放大器、視頻放大器等對音質(zhì)要求較高的場合。

高速運算放大器：具有很高的工作頻率和較低的傳輸延遲，適用于高速數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)。

高壓運算放大器：具有很高的輸入電壓承受能力和較低的輸出電流消耗，適用于高壓應(yīng)用領(lǐng)域。

主要參數(shù)

運算放大器的性能可以通過一系列參數(shù)來描述，這些參數(shù)包括：

放大倍數(shù)：指在沒有反饋的情況下，運算放大器輸出電壓與輸入電壓之間的比值，通常高達數(shù)萬至數(shù)十萬倍。

輸入電阻：運算放大器輸入端的電阻，通常非常高(百萬至千萬歐姆)，以減少對輸入信號的影響。

輸出電阻：運算放大器輸出端的電阻，影響輸出信號能否有效驅(qū)動負載。

共模抑制比：衡量運算放大器對共模干擾的抑制能力，通常用于描述其在處理共模信號時的性能。

基本原理

運算放大器的工作原理可以概括為以下幾個步驟：

輸入信號：從輸入端引入待放大的信號，通常為電壓信號。

輸入級：輸入信號首先經(jīng)過一個輸入級，該級通常由一個差動放大器組成，用于增大輸入信號的幅度并提供與輸入信號相同的放大倍數(shù)。

中間級：放大后的信號進入一個或多個中間級，這些級別由放大器組成，用于進一步增加信號的幅度，并可能對信號進行濾波和調(diào)整。

輸出級：最終放大后的信號通過輸出級輸出，輸出級通常由一個功率放大器組成，提供足夠的功率來驅(qū)動負載。

運算放大器具有一個同相輸入端、一個反相輸入端、兩個直流電源引腳(正極和負極)、一個輸出端和一個附加的凋零引腳。理想的運算放大器具有以下特性：

?無限大的開環(huán)增益?：輸入端的差動信號有無限大的電壓增益，這使得運算放大器在實際應(yīng)用時非常適合加上負反饋組態(tài)。

?無限大的輸入阻抗?：輸入端不容許任何電流流入，即輸入阻抗無限大。

?零輸出阻抗?：輸出端是一個完美的電壓源，無論流至放大器負載的電流如何變化，輸出電壓恒為一定值。

?高共模抑制比?：只對兩輸入端電壓的差值有反應(yīng)，忽略相同的部分。

應(yīng)用領(lǐng)域

運算放大器廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，包括信息家電、手機、PDA、網(wǎng)絡(luò)等新興應(yīng)用。由于其高精度和高放大倍數(shù)，運算放大器在信號處理、測量儀器、音頻設(shè)備等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。

什么是運放?它有哪些分類?又有哪些主要參數(shù)呢?接下來，納祥科技將帶您深入了解運放的奧秘。

(一)什么是運放?

運算放大器(Operational Amplifier，簡稱運放)，是一種高增益、直流耦合的電子放大器，廣泛應(yīng)用于模擬電路設(shè)計中。

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(dǎo)體芯片當中。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，大部分的運放是以單芯片的形式存在，常被用作信號放大、濾波、比較、積分等電路中的關(guān)鍵部件。

(二)運放的工作原理

運放的全稱是 “運算放大器” ，顧名思義，運放主要具有 “運算” 和 “放大” 兩個主要特性，運放本身具有對差模信號的放大功能，當給它加上一定形式的負反饋，就能完成加法、減法、積分、微分等數(shù)學(xué)運算，運算特性本質(zhì)是對放大特性的應(yīng)用。

如壓控運算放大器可以簡化為下圖：

(三)運放的關(guān)鍵指標有哪些?

運算放大器的參數(shù)眾多，約有二十多個，如增益、輸入阻抗、輸出阻抗、截止頻率、噪聲等。其中，最主要的參數(shù)包括以下幾個：

⑴ 增益帶寬積(GBW)

這是衡量運放在不同頻率下增益能力的一個參數(shù)，它表示運放的開環(huán)增益與頻率的乘積。GBW值越大，表明運放在更寬的頻率范圍內(nèi)保持較高的增益。

⑵ 轉(zhuǎn)換速率(SR)

也叫壓擺率，這是指運放輸出電壓對時間的變化率，即運放響應(yīng)輸入信號變化的速度。高SR值對于快速變化的信號放大尤為重要。

⑶ 共模抑制比(CMRR)

這是衡量運放抑制共模信號(兩個輸入端的共同信號)能力的參數(shù)。高CMRR值意味著更好的抗干擾性能。

⑷ 輸入失調(diào)電壓(Vos)

這是指運放在無輸入信號時，輸出端存在的直流電壓偏移。低Vos值有助于提高電路的精度和穩(wěn)定性。

⑸ 電源抑制比(PSRR)

這反映了運放對電源噪聲的抑制能力。高PSRR值有助于減少電源噪聲對電路性能的影響。

(四)運放有哪些種類?

根據(jù)不同的分類標準，運放可以分為多種不同類型。最常見的分類包括通用型、精密型、高速型、低功耗型、高壓大功率型和可編程控制型等。以下是對運放種類的詳細介紹：

⑴ 通用型

特點：通用型運算放大器設(shè)計用于滿足大多數(shù)常規(guī)應(yīng)用的需求，具有價格低廉、產(chǎn)品量大面廣的特點。

應(yīng)用：適用于音頻設(shè)備、一般的信號放大等場景。

⑵ 精密型

特點：精密型運算放大器具有非常低的失調(diào)電壓和溫度漂移，適合對精度要求極高的應(yīng)用。

應(yīng)用：常用于精密儀器、醫(yī)療設(shè)備以及任何需要高精度信號處理的場合。

⑶ 高速型

特點：高速型運算放大器具備快速響應(yīng)能力，適用于高速信號處理。

應(yīng)用：主要用于視頻信號處理、高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等需要快速操作的領(lǐng)域。

⑷ 低功耗型

特點：低功耗型運算放大器設(shè)計用于便攜式和遠程設(shè)備中，以減少能源消耗。

應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于電池供電的設(shè)備，如便攜式醫(yī)療設(shè)備、傳感器網(wǎng)絡(luò)等。

⑸ 高壓大功率型

特點：這類運算放大器可以處理高電壓和大功率，適用于驅(qū)動大型負載或在高壓環(huán)境下工作。

應(yīng)用：常用于工業(yè)控制系統(tǒng)、汽車電子等領(lǐng)域。

⑹ 可編程控制型

特點：可通過外部控制調(diào)整放大倍數(shù)，提供靈活的配置選項。

應(yīng)用：適用于需要動態(tài)調(diào)整放大參數(shù)的測試設(shè)備和自適應(yīng)信號處理系統(tǒng)。

(五)如何選擇運放芯片?

運放芯片，指的是集成了運算放大器功能的半導(dǎo)體芯片，通常包含一個或多個運算放大器電路，并且可能包括其他輔助電路如偏置電路、保護電路等。

在選型過程中，需要綜合考慮應(yīng)用場景、關(guān)鍵參數(shù)、環(huán)境條件、封裝與尺寸以及成本與供應(yīng)鏈等因素。