運(yùn)算放大器的工作原理

運(yùn)算放大器具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，如圖3-1所示，其中標(biāo)有“+”號(hào)的輸入端為“同相輸入端”而不能叫做正端），另一只標(biāo)有“一”號(hào)的輸入端為“反相輸入端”同樣也不能叫做負(fù)端，如果先后分別從這兩個(gè)輸入端輸入同樣的信號(hào)，則在輸出端會(huì)得到電壓相同但極性相反的輸出信號(hào)：輸出端輸出的信號(hào)與同相輸人端的信號(hào)同相，而與反相輸入端的信號(hào)反相。

運(yùn)算放大器所接的電源可以是單電源的，也可以是雙電源的，如圖3-1所示。運(yùn)算放大器有一些非常有意思的特性，靈活應(yīng)用這些特性可以獲得很多獨(dú)特的用途，總的來說，這些特性可以綜合為兩條：

1、運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)為無窮大。

2、運(yùn)算放大器的輸入電阻為無窮大，輸出電阻為零。

現(xiàn)在我們來簡(jiǎn)單地看看由于上面的兩個(gè)特性可以得到一些什么樣的結(jié)論。

首先，運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)為無窮大，所以只要它的輸入端的輸入電壓不為零，輸出端就會(huì)有與正的或負(fù)的電源一樣高的輸出電壓本來應(yīng)該是無窮高的輸出電壓，但受到電源電壓的限制。準(zhǔn)確地說，如果同相輸入端輸入的電壓比反相輸入端輸入的電壓高，哪怕只高極小的一點(diǎn)，運(yùn)算放大器的輸出端就會(huì)輸出一個(gè)與正電源電壓相同的電壓;反之，如果反相輸入端輸入的電壓比同相輸人端輸入的電壓高，運(yùn)算放大器的輸出端就會(huì)輸出一個(gè)與負(fù)電源電壓相同的電壓（如果運(yùn)算放大器用的是單電源，則輸出電壓為零）。

其次，由于放大倍數(shù)為無窮大，所以不能將運(yùn)算放大器直接用來做放大器用，必須要將輸出的信號(hào)反饋到反相輸入端（稱為負(fù)反饋）來降低它的放大倍數(shù)。如圖1-3中左圖所示，R1的作用就是將輸出的信號(hào)返回到運(yùn)算放大器的反相輸入端，由于反相輸入端與輸出的電壓是相反的，所以會(huì)減小電路的放大倍數(shù)，是一個(gè)負(fù)反饋電路，電阻Rf也叫做負(fù)反饋電阻。

還有，由于運(yùn)算放大器的輸入為無窮大，所以運(yùn)算放大器的輸入端是沒有電流輸入的——它只接受電壓。同樣，如果我們想象在運(yùn)算放大器的同相輸入端與反相輸入端之間是一只無窮大的電阻，那么加在這個(gè)電阻兩端的電壓是不能形成電流的，沒有電流，根據(jù)歐姆定律，電阻兩端就不會(huì)有電壓，所以我們又可以認(rèn)為在運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸人端電壓是相同的（電壓在這種情況就有點(diǎn)像用導(dǎo)線將兩個(gè)輸入端短路，所以我們又將這種現(xiàn)象叫做“虛短”）。

運(yùn)算放大器主要參數(shù)

1.共模輸入電阻（RINCM）該參數(shù)表示運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)時(shí)，輸入共模電壓范圍與該范圍內(nèi)偏置電流的變化量之比。

2.直流共模抑制（CMRDC）該參數(shù)用于衡量運(yùn)算放大器對(duì)作用在兩個(gè)輸入端的相同直流信號(hào)的抑制能力。

3.交流共模抑制（CMRAC）CMRAC用于衡量運(yùn)算放大器對(duì)作用在兩個(gè)輸入端的相同交流信號(hào)的抑制能力，是差模開環(huán)增益除以共模開環(huán)增益的函數(shù)。

4.增益帶寬積（GBW）增益帶寬積AOL ?是一個(gè)常量，定義在開環(huán)增益隨頻率變化的特性曲線中以-20dB/十倍頻程滾降的區(qū)域。

5.輸入偏置電流（IB）該參數(shù)指運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)時(shí)流入輸入端的平均電流。

6.輸入偏置電流溫漂（TCIB）該參數(shù)代表輸入偏置電流在溫度變化時(shí)產(chǎn)生的變化量。TCIB通常以pA/°C為單位表示。

7.輸入失調(diào)電流（IOS）該參數(shù)是指流入兩個(gè)輸入端的電流之差。

8.輸入失調(diào)電流溫漂（TCIOS）該參數(shù)代表輸入失調(diào)電流在溫度變化時(shí)產(chǎn)生的變化量。TCIOS通常以pA/°C為單位表示。

9.差模輸入電阻（RIN）該參數(shù)表示輸入電壓的變化量與相應(yīng)的輸入電流變化量之比，電壓的變化導(dǎo)致電流的變化。在一個(gè)輸入端測(cè)量時(shí)，另一輸入端接固定的共模電壓。

10.輸出阻抗（ZO）該參數(shù)是指運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)時(shí)，輸出端的內(nèi)部等效小信號(hào)阻抗。

11.輸出電壓擺幅（VO）該參數(shù)是指輸出信號(hào)不發(fā)生箝位的條件下能夠達(dá)到的最大電壓擺幅的峰峰值，VO一般定義在特定的負(fù)載電阻和電源電壓下。

12.功耗（Pd）表示器件在給定電源電壓下所消耗的靜態(tài)功率，Pd通常定義在空載情況下。

13.電源抑制比（PSRR）該參數(shù)用來衡量在電源電壓變化時(shí)運(yùn)算放大器保持其輸出不變的能力，PSRR通常用電源電壓變化時(shí)所導(dǎo)致的輸入失調(diào)電壓的變化量表示。

14.轉(zhuǎn)換速率/壓擺率（SR）該參數(shù)是指輸出電壓的變化量與發(fā)生這個(gè)變化所需時(shí)間之比的最大值。SR通常以V/μs為單位表示，有時(shí)也分別表示成正向變化和負(fù)向變化。

15.電源電流（ICC、IDD）該參數(shù)是在指定電源電壓下器件消耗的靜態(tài)電流，這些參數(shù)通常定義在空載情況下。

16.單位增益帶寬（BW）該參數(shù)指開環(huán)增益大于1時(shí)運(yùn)算放大器的最大工作頻率。

17.輸入失調(diào)電壓（VOS）該參數(shù)表示使輸出電壓為零時(shí)需要在輸入端作用的電壓差。

18.輸入失調(diào)電壓溫漂（TCVOS）該參數(shù)指溫度變化引起的輸入失調(diào)電壓的變化，通常以μV/°C為單位表示。

19.輸入電容（CIN）CIN表示運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)時(shí)任何一個(gè)輸入端的等效電容（另一輸入端接地）。

20.輸入電壓范圍（VIN）該參數(shù)指運(yùn)算放大器正常工作（可獲得預(yù)期結(jié)果）時(shí)，所允許的輸入電壓的范圍，VIN通常定義在指定的電源電壓下。

21.輸入電壓噪聲密度（eN）對(duì)于運(yùn)算放大器，輸入電壓噪聲可以看作是連接到任意一個(gè)輸入端的串聯(lián)噪聲電壓源，eN通常以 nV / 根號(hào)Hz 為單位表示，定義在指定頻率。

22.輸入電流噪聲密度（iN）對(duì)于運(yùn)算放大器，輸入電流噪聲可以看作是兩個(gè)噪聲電流源，連接到每個(gè)輸入端和公共端，通常以 pA / 根號(hào)Hz 為單位表示，定義在指定頻率。

運(yùn)算放大器計(jì)算公式

運(yùn)算放大器放大倍數(shù)計(jì)算公式放大倍數(shù) G=（-）R2/R0，G與R1無關(guān)。 為看清楚微小的物體或物體的細(xì)節(jié)，需要把物體移近眼睛，這樣可以增大視角，使在視網(wǎng)膜上形成一個(gè)較大的實(shí)像。但當(dāng)物體離眼的距離太近時(shí)，反而無法看清楚。換句話說話，要明察秋毫，不但應(yīng)使物體對(duì)眼有足夠大的張角，而且還應(yīng)取合適的距離。顯然對(duì)眼睛來說，這兩個(gè)要求是相互制約的，若在眼睛前面配置一個(gè)凸透鏡便能解決這一問題。凸透鏡是一個(gè)最簡(jiǎn)單的放大鏡，是幫助眼睛觀察微小物體或細(xì)節(jié)的簡(jiǎn)單的光學(xué)儀器。

現(xiàn)以凸透鏡為例，計(jì)算它的放大本領(lǐng)。把物體PQ置于透鏡L的物方焦點(diǎn)和透鏡之間并使它靠近焦點(diǎn)，如圖2-20（a）所示，于是物體經(jīng)透鏡成一放大的虛像P′Q′。若凸透鏡的像方焦距為10cm，則由該透鏡做成的放大鏡的放大本領(lǐng)為2.5倍，寫成2.5×。如果僅從放大本領(lǐng)來考慮，焦距應(yīng)該取得短一些，而且似乎這樣可以得到任意大的放大本領(lǐng)。但由于像差的存在，一般采用的放大本領(lǐng)約為3×。如果采用復(fù)式放大鏡（如目鏡），則可以減少像差，并使放大本領(lǐng)達(dá)到20×。

常用的運(yùn)算放大器芯片有哪些

常用的低功耗運(yùn)放：LM324、LM358。常用的高阻抗運(yùn)放：TL082、TL074、CA3140。常用的精密運(yùn)放：OP07、OP27、ICL7650。

運(yùn)算放大器基本電路

單電源工作的運(yùn)放需要外部提供一個(gè)虛地，通常情況下，這個(gè)電壓是VCC/2，圖二的電路可以用來產(chǎn)生VCC/2的電壓，但是他會(huì)降低系統(tǒng)的低頻特性。

R1 和R2 是等值的，通過電源允許的消耗和允許的噪聲來選擇，電容C1 是一個(gè)低通濾波器，用來減少?gòu)碾娫瓷蟼鱽淼脑肼?。在有些?yīng)用中可以忽略緩沖運(yùn)放。