运算放大器工作原理.doc

运算放大器简称运放,由于早期应用于模拟计算机中,用以实现数学运算,故得名“运算放大器”。主要是用在模拟电路中,比如放大器、比较器、模拟运算器,是电子工程师经常要用到的器件。运算放大器是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中,通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。它是一种带有特殊耦合电路及反馈的放大器。其输出信号可以是输入信号加、减或微分、积分等数学运算的结果。运放是一个从功能的角度命名的电路单元,可以由分立的器件实现,也可以实现在半导体芯片当中。而随着半导体技术的发展,大部分的运放是以单芯片的形式存在。运放的种类繁多,广泛应用于电子行业当中。要想更好用好运放,透彻地了解运算放大器工作原理是必须的。一、运算放大器工作原理是什么?运算放大器(OperaTIonalAmplifier,简称OP、OPA、OPAMP)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,乘法等运算电路中,因而得名。一个理想的运算放大器必须具备下列特性:无限大的输入阻抗、等于零的输出阻抗、无限大的开回路增益、无限大的共模排斥比的部分、无限大的频宽。最基本的运算放大器如图1-1。一个运算放大器模组一般包括一个正输入端(OP_P)、一个负输入端(OP_N)和一个输出端(OP_O)。最基本的运算放大器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回馈(positivefeedback),相反地,在很多需要产生震荡讯号的系统中,正回馈组态的运算放大器是很常见的组成元件。图1-2开环回路运算放大器开环回路运算放大器如图1-2,当一个理想运算放大器采用开回路的方式工作时,其输出与输入电压的关系式如下:Vout=(V+-V-)*Aog其中Aog代表运算放大器的开环回路差动增益(open-loopdifferentialgai由于运算放大器的开环回路增益非常高,因此就算输入端的差动讯号很小,仍然会让输出讯号「饱和」(saturation),导致非线性的失真出现。因此运算放大器很少以开环回路出现在电路系统中,parator),比较器的输出通常为逻辑准位元的「0」与「1」。闭环负反馈将运算放大器的反向输入端与输出端连接起来,放大器电路就处在负反馈组态的状况,此时通常可以将电路简单地称为闭环放大器。闭环放大器依据输入讯号进入放大器的端点,又可分为反相(inverting)放大器与非反相(non-inverting)放大器两种。反相闭环放大器如图1-3。假设这个闭环放大器使用理想的运算放大器,则因为其开环增益为无限大,所以运算放大器的两输入端为虚接地(virtualground),其输出与输入电压的关系式如下:Vout=-(Rf/Rin)*Vin图1-3反相闭环放大器非反相闭环放大器如图1-4。假设这个闭环放大器使用理想的运算放大器,则因为其开环增益为无限大,所以运算放大器的两输入端电压差几乎为零,其输出与输入电压的关系式如下:Vout=((R2/R