運算放大器的放大電路

A. 運算放大器的工作原理

運算放大器的工作原理如下

1 運算放大器（OPAMP）

集成運算放大器有同向輸入端和反向輸入端，具體如下圖所示；

5 總結

本文分析的運算放大器都是比較常用且簡單的類型，當前只給出了如何計算輸入和輸出的關系，如果作為硬體設計人員，還需要關注更多的細節，更多運算放大器的指標，失調電壓，溫漂等等，筆者能力有限，無法進行分析，如果單純作為讀懂一般的運算放大電路還是夠用的。

B. 集成運算放大器由哪些基本電路構成

不同的運放他的原理是不同的但基本的方框圖是差不多的
集成運算放大器（integrated
operational
amplifier）簡稱集成運放，是由多級直接耦合放大電路組成的高增益模擬集成電路。它的增益高（可達60~180db），輸入電阻大（幾十千歐至百萬兆歐），輸出電阻低（幾十歐），共模抑制比高（60~170db），失調與飄移小，而且還具有輸入電壓為零時輸出電壓亦為零的特點，適用於正，負兩種極性信號的輸入和輸出。
模擬集成電路一般是由一塊厚約0.2~0.25mm的p型矽片製成，這種矽片是集成電路的基片。基片上可以做出包含有數十個或更多的bjt或fet、電阻和連接導線的電路。
運算放大器除具有+、-輸入端和輸出端外，還有+、-電源供電端、外接補償電路端、調零端、相位補償端、公共接地端及其他附加端等。它的閉環放大倍數取決於外接反饋電阻，這給使用帶來很大方便。
按照集成運算放大器的參數分類折疊
1）、通用型運算放大器
通用型運算放大器就是以通用為目的而設計的。這類器件的主要特點是價格低廉、產品量大面廣，其性能指
標能適合於一般性使用。例ma741（單運放）、lm358（雙運放）、lm324（四運放）及以場效應管為輸入
級的lf356
都屬於此種。它們是目前應用最為廣泛的集成運算放大器。
2）、高阻型運算放大器
這類集成運算放大器的特點是差模輸入阻抗非常高,輸入偏置電流非常小,一般rid>（109~1012）w,iib
為
幾皮安到幾十皮安。實現這些指標的主要措施是利用場效應管高輸入阻抗的特點,用場效應管組成運算放大
器的差分輸入級。用fet
作輸入級,不僅輸入阻抗高,輸入偏置電流低,而且具有高速、寬頻和低雜訊等優點,
但輸入失調電壓較大。常見的集成器件有lf356、lf355、lf347（四運放）及更高輸入阻抗的ca3130、ca3140
等。
3）、低溫漂型運算放大器
在精密儀器、弱信號檢測等自動控制儀表中,總是希望運算放大器的失調電壓要小且不隨溫度的變化而變
化。低溫漂型運算放大器就是為此而設計的。目前常用的高精度、低溫漂運算放大器有op-07、op-27、ad508
及由mosfet
組成的斬波穩零型低漂移器件icl7650
等。
4）、高速型運算放大器
在快速a/d
和d/a
轉換器、視頻放大器中,要求集成運算放大器的轉換速率sr
一定要高,單位增益帶寬bwg
一定要足夠大,像通用型集成運放是不能適合於高速應用的場合的。高速型運算放大器主要特點是具有高的
轉換速率和寬的頻率響應。常見的運放有lm318、ma715
等,其sr=50~70v/ms,bwg>20mhz。
5）、低功耗型運算放大器
由於電子電路集成化的最大優點是能使復雜電路小型輕便,所以隨著攜帶型儀器應用范圍的擴大,必須使用
低電源電壓供電、低功率消耗的運算放大器相適用。常用的運算放大器有tl-022c、tl-060c
等,其工作電
壓為±2v~±18v,消耗電流為50~250ma。目前有的產品功耗已達微瓦級,例如icl7600
的供電電源為1.5v,
功耗為10mw,可採用單節電池供電。
6）、高壓大功率型運算放大器
運算放大器的輸出電壓主要受供電電源的限制。在普通的運算放大器中,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,集成運放外部必須要加輔助電路。高壓大電流集成運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集成運放的電源電壓可達±150v，ua791集成運放的輸出電流可達1a。

C. 電路如下圖所示，運算放大器

這是運算放大制器的開環放大電路，因此放大倍數可認為為「∞」。因此，輸入端的小信號輸入也會造成運放輸出飽和，即輸出達到最大值，也就是運算放大器的電源電壓值。

由於 ui=2V從反相輸入端輸入，所以運放的輸出應為-12V；由於穩壓二極體的導通，所以uo輸出被鉗位在0.6V。

D. 集成運算放大電路由幾部分組成

集成運算放大電路由由輸入級、中間級、輸出級三部分組成。作用如下：

輸入級：採用差分放大電路以消除零點漂移和抑制干擾；中間級：一般採用共發射極電路，以獲得足夠高的電壓增益；輸出級：一般採用互補對稱功放電路，以輸出足夠大的電壓和電流，其輸出電阻小，負載能力強櫻純。

主要作用：輸入級由差分式電路組成，利用它的電路對稱性可提高整扒頌斗個電路的性能；中間電壓放大級的主要作用是提高電壓增益，它可由一級或多春磨級放大電路組成；輸出級的電壓增益為1，但能為負載提供一定的功率，電路有兩個電源供電。

E. 電路入門之——運算放大器

運算放大器是一種可以進行數學運算的放大電路。運算放大器不僅可以通過增大或減小模擬輸入信號來實現放大，還可以進行加減法以及微積分等運算。所以，運算放大器是一種用途廣泛，又便於使用的集成電路。

如圖1所示，運算放大器的電路符號有正相輸入端Vin(+)和反相輸入端Vin(-)兩個輸入引腳，以及一個輸出引腳Vout。實際上運算放大器還有電源引腳(+電源、-電源)和偏移輸入引腳等，在電路符號上沒有表示出來。

運算放大器的主要功能是以高增益放大、輸出2個模擬信號的差值。我們將放大2個輸入電壓差的運放稱為差動放大器。當Vin(+)電壓較高時，正向放大輸出。當Vin(-)電壓較高時，負向放大輸出。此外，運算放大器還具有輸入阻抗極大和輸出阻抗極小的特徵。即使輸入信號的差很小，由於運算放大器有極高的放大倍數，所以，也會導致輸出最大或最小電壓值。因此，常常要加負反饋後使用。下面讓我們來看一個使用了負反饋的放大器電路。

如圖2所示，反相放大器電路具有放大輸入信號並反相輸出的功能。「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2所示電路中，象把輸出Vout經由R2連接(返回)到反相輸入端(-)的連接方法就是負反饋。

我們來看一下這個反相放大器電路的工作過程。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。根據歐姆定律，可以得出經過R1的I1=Vin/R1。另外，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I1經由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=-I1×R2。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。由於這個負方向的輸出電壓經由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為0V，輸出電壓穩定。

那麼我們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=(-I1×R2)/(I1×R1)=-R2/R1。所得增益為-表示波形反相。在這個算公式中需要特別注意的地方是，增益僅由R1和R2電阻比決定。也就是說。我們可以通過改變電阻容易地改變增益。在具有高增益的運算放大器上應用負反饋，通過調整電阻值，就可以得到期望的增益電路。

與反相放大器電路相對，圖3所御型示電路叫做正相放大器電路。與反相放大器電路最大的不同是，在正相放大器電路中，輸入波形和輸出波形的相位是相同的，以及輸入信號是加在正相輸入端(+)。與反相放大器電路相同的是，兩個電路都利用了負反饋。

我們來看一下這個電路的工作過程。戚帶首先，通過虛短路，正相輸入端(+)和反相輸入端(-)的電壓都是Vin，即點A電壓為Vin。根據歐姆定律，Vin=R1×I1。另外，運算放大器的兩個輸入端上基本沒有電流，所以I1=I2。而Vout為R1與R2電壓的和，即Vout=R2×I2+R1×I1。整理以上公式可得到增益G，即G=Vout/Vin=(1+R2/R1)。如果撤銷這個電路中的R1，將R2電阻變為0Ω或者短路，則電路變為增益為1的電壓跟隨器。這種電路常用於阻抗變換和緩沖器中。

Comparator也可稱為比較器，比較兩個電壓的大小，然後輸出1(+側的電源電壓，圖示為VDD)或0(-側的電源電壓)。比較器常常用於檢測輸入是否達到規定值。也可以用運算放大器來代替比較器，但一般情鎮仔猜況下使用專用的比較器IC。比較器和運算放大器使用相同電路符號。

比較器電路如圖4所示。我們來看一下這個電路的工作過程。首先應該注意，這個電路中沒有正反饋也沒有負反饋。放大Vin和VREF的差值，從Vout輸出。例如，Vin大於VREF時，放大輸出的Vout上升至+側的電源電壓，達到飽和。Vin小於VREF時，輸出Vout下降至-側電源電壓達到飽和。通過這個動作，Vin和VREF的比較結果在Vout上輸出。實際應用中，一般使圖4電路上產生滯後(用於防止錯誤動作的電壓領域)，如圖5，Vin會產生一些噪波，但仍可穩定動作。

負反饋動作中，從輸出返到輸入的信號越大，則輸出越小。於此相反，正反饋中，從輸出返到輸入的信號越大，則輸入越大。當正反饋動作中增益大於1時，電路振盪。將這種振盪合理利用到電路中，就形成振盪電路。圖6的不穩定多諧振盪器就是一個振盪電路。

+側最大值VL和-側最大值VL都是不穩定的，兩個數值不斷變化，因此稱之為不穩定。我們來看看這個電路中的動作。首先，輸出Vout經由R2反饋至正相輸入端(+)，這是一個正反饋電路。然後在輸入Vout上應用R3和C，這是一個積分電路。大家可能會覺得積分電路很難，實際上，我們可以將它簡單理解為，輸出在Vout上的電壓的一部分，緩緩儲存到電容器的一個過程電路。在初始狀態中，通過正反饋電路Vout迅速增大並達到最大值(VL)。

然後，通過R3和C構成的積分電路，緩緩增加反相輸入端(-)。經過一定時間，正相輸入端(+)的電壓超過反相輸入端(-)電壓，相當於在差動輸入上輸入負電壓，則Vout在負側上迅速增大達到-VL。Vout變為負，通過R3和C構成的積分電路，反相輸入端(-)電壓緩緩增大。經過一定時間後，反相輸入端電壓超過正相輸入端(+)的電壓，相當於在差動輸入上輸入了正電壓，則Vout向正方向迅速變化。這個過程不斷重復，在Vout交替出現VL和-VL，從而實現振盪電路動作。

F. 集成運算放大器的典型電路有哪些種

集成運算放大器的典型電路有：

1、反相比例運算電路

反向比例運算電路如圖2所示。根據電路分析，這種電路的輸出電壓為

圖5 微分器

圖中Ri的作用是限制高頻增益，使高頻增益下降為Rf/Ri。只有當輸入信號頻率f<fc=1/(2πRiC)）時電路才起微分作用。