运算放大器.doc

运算放大器(英语:OperationalAmplifier,简称OP、OPA、OPAMP、运放)是一种直流耦合,差模(差动模式)输入、通常为单端输出(Differential-in,single-endedoutput)的高增益(gain)电压放大器,因为刚开始主要用于加法,减法等模擬运算电路中,因而得名。通常使用运算放大器时,会将其输出端与其反相输入端(invertinginputnode)连接,形成一负反馈(negativefeedback)组态。原因是运算放大器的电压增益非常大,范围从数百至数万倍不等,使用负反馈方可保证电路的稳定运作。但是这并不代表运算放大器不能连接成正反馈(positivefeedback)组态,相反地,在很多需要产生震荡信号的系统中,正反馈组态的运算放大器是很常见的组成元件。运算放大器有许多的规格参数,例如:低频增益、单位增益频率(unity-gainfrequency)、相位边限(phasemargin)、功耗、输出摆幅、mon-moderejectionratio)、电源抑制比(PSRR,power-supplyrejectionratio)、共模输入范围(monmoderange)、电压摆动率(slewrate)、输入偏移电压(inputoffsetvoltage,又译:失调电压)、还有噪声等。目前运算放大器广泛应用于家电,工业以及科学仪器领域。一般用途的集成电路运算放大器售价不到一美元,而现在运算放大器的设计已经非常可靠,输出端可以直接短路到系统的接地端(ground)而不至于被短路电流(short-circuitcurrent)破坏。目录[隐藏][编辑]运算放大器的历史第一个使用真空管设计的放大器大约在1930年前后完成,这个放大器可以执行加与减的工作。运算放大器最早被设计出来的目的是用来进行加、减、微分、积分的模擬数学运算,因此称为运算放大器[1]。同时它也成为实现模拟计算机(puter)的基本建构单元。然而,理想运算放大器的在电路系统设计上的用途却远超过加减等的计算。今日的运算放大器,无论是使用晶体管(transistor)或真空管(vacuumtube)、分立式(discrete)元件或集成电路(integratedcircuits)元件,运算放大器的效能都已经逐渐接近理想运算放大器的要求。最早期的运算放大器是使用真空管设计,现在则多半是集成电路式的元件,但是如果系统对于放大器的需求超出集成电路放大器的能力时,也会利用分立式元件来实现这些特殊规格的运算放大器。以DIP-8型式封装的集成电路运算放大器1960年代晚期,仙童半导体(FairchildSemiconductor)推出了第一个被广泛使用的集成电路运算放大器,型号为μA709,设计者则是鲍伯·韦勒(BobWidlar)。但是709很快地被随后而来的新产品μA741取代,741有着更好的效能,更为稳定,也更容易使用。741运算放大器成了微电子工业发展历史上一个独一无二的象征,历经了数十年的演进仍然没有被取代,很多集成电路的制造商至今仍然在生产741,而且在元件的型号上一定会加上“741”以资区别。但事实上后来仍有很多效能比741更好的运算放大器出现,利用新的半导体元件,如1970年代的场效晶体管(FET)或是1980年代早期的金氧半场效晶体管(MOSFET)等。这些元件常常能直接使用在741的电路架构中,而获得更好的效能。通常运算放大器的规格都会有严格的限制,而封装和对电源供应的需求也已经标准化。通常只需要少量的外接元件(externaldevices),运算放大器就能执行各种不同的模擬信号处理任务。在售价方面,虽然今日的标准型或是一般用途(generalpurpose)运算放大器因为需求量及产量皆大的缘故而跌至一元美金以下,但是特殊用途的运算放大器售价仍然有可能是泛用型的一百倍以上。[编辑]运算放大器的基础[编辑]电路符号下图是一个标准运算放大器的电路符号:运算放大器的电路