運算放大器（OPerational AMPlifier）是模擬電子電路的基本組成部分. 它們(men) 是具有直流放大器所有特性的線性器件。可以在運算放大器上使用外部電阻器或電容器，有許多不同的方法可以使它們(men) 成為(wei) 不同形式的放大器，例如反相放大器、同相放大器、電壓跟隨器、比較器、差分放大器、求和放大器、積分器等。

運算放大器可以是單個(ge) ，雙個(ge) 、四運算等，它們(men) 具有出色的性能，輸入電流和電壓非常低。理想的運算放大器除了其他端子外，還具有三個(ge) 重要的端子。輸入端子為(wei) 反相輸入和同相輸入。第三個(ge) 端子是可以吸收和提供電流和電壓的輸出。輸出信號是放大器增益乘以輸入信號的值。

運算放大器的5個理想特性

1、開環增益

開環增益是沒有正反饋或負反饋的運算放大器的增益。理想的運算放大器應具有無限的開環增益，但通常在20,000到2, 00000之間。

2、輸入阻抗

它是輸入電壓與(yu) 輸入電流的比值，它應該是無限的，沒有從(cong) 電源到輸入的任何電流泄漏。但是在大多數運算放大器中都會(hui) 有一些皮安電流泄漏。

3、輸出阻抗

理想的運算放大器應具有零輸出阻抗，且沒有任何內(nei) 阻。這樣它就可以為(wei) 連接到輸出的負載提供全電流。

4、帶寬

理想的運算放大器應具有無限的頻率響應，以便它可以將任何頻率從(cong) 直流信號放大到最高交流頻率，但大多數運算放大器的帶寬有限。

5、偏移

當輸入之間的電壓差為(wei) 零時，運算放大器的輸出應為(wei) 零。但在大多數運算放大器中，關(guan) 閉時輸出不會(hui) 為(wei) 零，但會(hui) 產(chan) 生微小的電壓。

uA741運算放大器引腳配置

在典型的運算放大器中，將有8個(ge) 引腳，這些分別是：

• Pin1 - 偏移空（Offset Null）
• Pin2 – 反相輸入INV（Inverting input INV）
• Pin3 – 非反相輸入Non-INV（Non inverting input Non-INV）
• Pin4 - 地 - 負電源（Ground- Negative supply）
• Pin5 - 偏移空（Offset Null）
• Pin6 – 輸出（Output）
• Pin7 – 正電源（Positive supply）
• Pin8 – 頻閃（Strobe）

運算放大器中的4種增益類型

1. 電壓增益 - 電壓輸入和電壓輸出；
2. 電流增益 - 電流輸入和電流輸出；
3. 跨導 - 電壓輸入和電流輸出；
4. 跨阻 - 電流輸入和電壓輸出。

運算放大器的主要應用

1、放大

運算放大器的放大輸出信號是兩(liang) 個(ge) 輸入信號之差。

上圖是運算放大器的簡單連接。如果兩(liang) 個(ge) 輸入端都提供相同的電壓，則運算放大器將獲取兩(liang) 個(ge) 電壓之間的差值，它將為(wei) 0。運算放大器將其乘以增益1,000,000，因此輸出電壓為(wei) 0。當2伏電壓為(wei) 給一個(ge) 輸入和另一個(ge) 輸入1伏，然後運算放大器將取其差異並乘以增益。即1伏 x 1,000,000。但是這個(ge) 增益非常高，所以為(wei) 了降低增益，從(cong) 輸出到輸入的反饋通常是通過一個(ge) 電阻來完成的。

反相放大器：

上圖顯示的電路是一個(ge) 反相放大器，其非反相輸入接地。兩(liang) 個(ge) 電阻器R1和R2以這樣的方式連接在電路中，即R1饋送輸入信號，而R2將輸出返回到反相輸入。在這裏，當輸入信號為(wei) 正時，輸出將為(wei) 負，反之亦然。輸出相對於(yu) 輸入的電壓變化取決(jue) 於(yu) 電阻器R1和R2的比率。R1選為(wei) 1K，R2選為(wei) 10K。如果輸入接收到1伏，則將有1毫安電流通過R1，輸出必須變為(wei) 10 伏，以便通過R2提供1毫安電流並保持反相輸入端的零電壓。因此電壓增益為(wei) R2/R1，即10K/1K=10。

同相放大器：

上麵顯示的電路是一個(ge) 非反相放大器，此處非反相輸入接收信號，而反相輸入連接在R2和R1之間。當輸入信號正或負移動時，輸出將同相並保持反相輸入端的電壓與(yu) 同相輸入端的電壓相同。在這種情況下，電壓增益將始終高於(yu) 1，因此 是(1+R2/R1)。

2、電壓跟隨器

上麵的電路是一個(ge) 電壓跟隨器。在這裏它提供了高輸入阻抗，低輸出阻抗。當輸入電壓變化時，輸出和反相輸入將同樣變化。

3、比較器

運算放大器將一個(ge) 輸入端施加的電壓與(yu) 另一個(ge) 輸入端施加的電壓進行比較，電壓之間的任何差異（如果很小）都會(hui) 使運算放大器進入飽和狀態。當提供給兩(liang) 個(ge) 輸入的電壓具有相同的幅度和相同的極性時，運算放大器的輸出為(wei) 0伏。

比較器產(chan) 生有限的輸出電壓，可以輕鬆與(yu) 數字邏輯接口，即使需要驗證兼容性。

運算放大器的硬性要求

1、偏移歸零

即使輸入電壓相同，大多數運算放大器在輸出端都有偏移電壓。為(wei) 了使輸出為(wei) 零電壓，使用了偏移歸零方法。在大多數運算放大器中，由於(yu) 其固有特性和輸入偏置排列中的不匹配導致，存在一個(ge) 小的偏移。

因此，即使輸入信號為(wei) 零，某些運算放大器的輸出端也可以提供很小的輸出電壓。這個(ge) 缺點可以通過向輸入提供一個(ge) 小的偏移電壓來糾正。這稱為(wei) 輸入偏移電壓。為(wei) 了消除或清零偏移，大多數運算放大器都有兩(liang) 個(ge) 引腳來啟用偏移清零。為(wei) 此，典型值為(wei) 100K的Pot或Preset應連接在引腳1和5 之間，其抽頭接地。通過調整預設，可以將輸出設置為(wei) 零電壓。

2、選通或相位補償(chang)

運算放大器有時可能會(hui) 變得不穩定，為(wei) 了使它們(men) 在整個(ge) 頻帶內(nei) 穩定，通常在其Strobe引腳8和引腳1之間連接一個(ge) 電容。通常會(hui) 添加一個(ge) 47pF的圓盤電容器來進行相位補償(chang) ，以使運算放大器保持穩定。如果運算放大器用作靈敏放大器，這一點最為(wei) 重要。

3、反饋

眾(zhong) 所周知，運算放大器具有非常高的放大水平，通常約為(wei) 1,000,00 倍。假設運算放大器的增益為(wei) 10,000，那麽(me) 運算放大器將放大其同相輸入 (V+) 和反相輸入 (V-) 的電壓差。所以輸出電壓 V out 為(wei)

10,000 x (V+ – V- )。

在圖中，信號施加到非反相輸入，反相輸入連接到輸出。所以V+=V in，V-=Vout。因此Vout=10,000 x (Vin – Vout)。因此輸出電壓幾乎等於(yu) 輸入電壓。

現在來看看反饋是如何工作的，隻需在反相輸入和輸出之間添加一個(ge) 電阻器就會(hui) 大大降低增益。通過將一小部分輸出電壓輸入反相輸入可以顯著降低放大率。

根據前麵的等式，V out = 10,000 x (V+ – V-)。但是這裏增加了一個(ge) 反饋電阻。所以這裏V+是Vin，V-是R1.R1+R2 x V out。因此，V out為(wei) 10,000 x ( Vin – R1.R1+R2xVout)。所以V out = R1+R2.R1x Vin。

負麵反饋：

運算放大器的輸出連接到其反相 (–) 輸入，因此輸出被反饋到輸入以達到平衡。所以，非反相 (+) 輸入端的輸入信號將在輸出端反射。具有負反饋的運算放大器會(hui) 將其輸出驅動到必要的電平，因此其反相和非反相輸入之間的電壓差將幾乎為(wei) 零。

正麵反饋：

輸出電壓被反饋到非反相 (+) 輸入。輸入信號被饋送到反相輸入。在正反饋設計中，如果反相輸入接地，則運算放大器的輸出電壓將取決(jue) 於(yu) 非反相輸入電壓的幅度和極性。當輸入電壓為(wei) 正時，運算放大器的輸出將為(wei) 正，並且該正電壓將饋送到非反相輸入，從(cong) 而產(chan) 生完整的正輸出。如果輸入電壓為(wei) 負，則情況相反。

簡單小結

運算放大器是一種非常高增益的直流差分放大器，它使用一個(ge) 或多個(ge) 外部反饋網絡來控製其響應和特性。“理想”或完美的運算放大器是具有某些特殊特性的器件，例如無限開環增益A O、無限輸入電阻R IN、零輸出電阻R OUT、無限帶寬0到∞和零偏移（輸出正好當輸入為(wei) 零時為(wei) 零）。

目前有大量的運算放大器可用於(yu) 標準雙極型、精密型、高速、低噪聲、高壓等各種可能的應用，無論是標準配置還是內(nei) 部結型FET晶體(ti) 管。

另外，運算放大器可在單個(ge) 器件中采用單、雙或四運算放大器的IC封裝，基本電子套件和項目中所有運算放大器中最常用和使用的是行業(ye) 標準μA-741。