集成運算放大器集成運算放大器（簡稱運放）是現(xiàn)代電子技術中應用最廣泛的一種基本電路單元，它具有高增益、高輸入阻抗、低輸出阻抗等特性。概述放大信號運算放大器是一種高增益放大器，可以放大輸入信號的幅度，并將其傳輸?shù)捷敵龆?。?shù)學運算運算放大器可以進行各種數(shù)學運算，例如加法、減法、乘法、除法、積分和微分等。廣泛應用運算放大器在電子電路中廣泛應用，例如信號放大、濾波、控制等。運算放大器的歷史11930年代真空管放大器21960年代晶體管放大器31970年代集成電路放大器什么是運算放大器運算放大器(OperationalAmplifier,簡稱Op-amp)是一種高增益、直流放大器，通常用于模擬電路設計中。它被廣泛應用于各種電子系統(tǒng)，例如音頻放大器、濾波器、信號調(diào)理電路等。運算放大器可以處理各種信號，包括音頻、視頻、溫度、壓力等。它可以進行信號放大、信號處理、信號比較等操作，因此是電子電路設計中必不可少的器件。理想運算放大器的特性無限大開環(huán)增益理想運放的開環(huán)增益為無限大，這意味著即使輸入信號非常小，輸出信號也會被放大到無限大。無限大輸入阻抗理想運放的輸入阻抗為無限大，意味著運放不會從輸入端吸收電流。零輸出阻抗理想運放的輸出阻抗為零，這意味著運放可以驅動任何負載，不會造成電壓降。無限帶寬理想運放的帶寬為無限大，這意味著運放可以放大任何頻率的信號，而不會產(chǎn)生失真。實際運算放大器的特性有限的開環(huán)增益實際運算放大器具有有限的開環(huán)增益，與理想運算放大器的無限增益相比，這會導致輸出信號失真。輸入偏置電壓實際運算放大器的兩個輸入端之間存在一個小的電壓差，稱為輸入偏置電壓，這會導致輸出信號偏移。輸入偏置電流實際運算放大器的輸入端流過微小的電流，稱為輸入偏置電流，這會導致輸出信號變化。有限的帶寬實際運算放大器的頻率響應有限，無法放大所有頻率的信號，這會導致高頻信號失真。運算放大器的靜態(tài)特性1輸入偏置電流靜態(tài)情況下，運算放大器輸入端流過的電流稱為輸入偏置電流。2輸入偏置電壓輸入端為了使輸出端處于零電平而必須加上的電壓稱為輸入偏置電壓。3開環(huán)增益運算放大器在無反饋的情況下，輸出電壓與輸入電壓之比，稱為開環(huán)增益。4共模抑制比運算放大器對差模信號的增益與其對共模信號增益之比，稱為共模抑制比。輸入偏置電流和偏置電壓輸入偏置電流指運算放大器輸入端流入或流出的電流。輸入偏置電壓指為了使運算放大器輸出為零，需要在輸入端施加的電壓。輸入差模電壓和共模電壓2差模兩個輸入端電壓之差1共模兩個輸入端電壓的平均值開環(huán)增益開環(huán)增益是指運算放大器在沒有反饋的情況下，輸出電壓與輸入電壓之比。理想情況下，開環(huán)增益無限大。但實際上，開環(huán)增益會隨著頻率的增加而下降。因此，運算放大器的工作頻率范圍有限。共模抑制比100高CMRR高CMRR的運放能夠有效抑制共模信號。10低CMRR低CMRR的運放可能會放大共模信號。輸入/輸出阻抗輸入阻抗運算放大器輸入端的等效阻抗。輸出阻抗運算放大器輸出端的等效阻抗。運算放大器的動態(tài)特性帶寬運算放大器能夠有效放大的頻率范圍，稱為帶寬。它表示頻率響應曲線中增益下降到其最大值的一半時的頻率。單位增益帶寬單位增益帶寬是指運算放大器增益為1時的帶寬。對于大多數(shù)運算放大器，單位增益帶寬是一個重要參數(shù)，因為它與帶寬和開環(huán)增益相關聯(lián)。相位裕度相位裕度是在閉環(huán)系統(tǒng)中，當增益為1時，反饋信號與輸入信號之間的相位差。它反映了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，通常需要保持在一定的范圍內(nèi)，以確保穩(wěn)定運行。穩(wěn)定性運算放大器的穩(wěn)定性是指它在閉環(huán)系統(tǒng)中是否會產(chǎn)生振蕩。穩(wěn)定性主要取決于相位裕度，適當?shù)南辔辉６瓤梢源_保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。帶寬和單位增益帶寬帶寬運算放大器能夠正常放大信號的頻率范圍。單位增益帶寬當運算放大器的開環(huán)增益降至1（即0dB）時的頻率。相位裕度和穩(wěn)定性1相位裕度是指在閉環(huán)增益為0dB時，系統(tǒng)相位滯后于180度的差值。2穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到擾動后是否能恢復到原來的狀態(tài)。3相位裕度與穩(wěn)定性相位裕度越大，系統(tǒng)越穩(wěn)定。運算放大器的等效電路模型為了更好地分析和理解運算放大器的特性和工作原理，通常用等效電路模型來描述它。等效電路模型將運算放大器簡化為一些理想化的元件，如電壓源、電流源、電阻等，方便我們進行電路分析和設計。常用的等效電路模型包括開環(huán)增益模型、差分放大器模型、輸入輸出阻抗模型等，這些模型分別側重于描述運算放大器的不同特性。串聯(lián)負反饋電路信號反饋輸出信號的一部分被反饋到輸入端。負反饋反饋信號與輸入信號反相。閉環(huán)增益反饋回路改變了運算放大器的增益。穩(wěn)定性負反饋提高了運算放大器的穩(wěn)定性。并聯(lián)負反饋電路1反饋信號反饋信號與輸入信號并聯(lián)。2反饋路徑反饋信號通過反饋網(wǎng)絡回到輸入端。3反饋類型負反饋，即反饋信號與輸入信號極性相反。電壓跟隨器電壓跟隨器是一種特殊的運算放大器電路，它能夠將輸入電壓信號直接復制到輸出端。電壓跟隨器的特點是輸出電壓等于輸入電壓，并且具有很高的輸入阻抗和很低的輸出阻抗，適合用于阻抗匹配和緩沖信號。帶電壓增益的互補負反饋電路帶電壓增益的互補負反饋電路，是指在輸出端同時使用正反饋和負反饋，以實現(xiàn)特定的功能。這種電路設計往往用于高頻放大器，可以提供更高的增益，并改善其穩(wěn)定性。該電路采用了一種“互補”的設計理念，通過將正反饋和負反饋結合，可以實現(xiàn)對信號的放大和整形。應用電路實例：反相放大電路輸入信號反相輸出信號與輸入信號相位相反。電壓增益可調(diào)通過調(diào)整反饋電阻值，可以改變放大倍數(shù)。廣泛應用于信號處理例如音頻放大、信號濾波等。應用電路實例：運算放大器積分電路電路原理積分運算電路利用運算放大器的高增益特性，將輸入信號的積分值輸出。通過RC積分網(wǎng)絡，將輸入信號轉換成輸出信號的積分。應用場景積分電路在信號處理、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集等領域有廣泛應用，例如濾波、波形整形、模擬信號處理等。應用電路實例：運算放大器微分電路運算放大器微分電路，用于產(chǎn)生輸入信號的導數(shù)，具有對信號變化率的敏感性，可用于檢測信號的尖峰或突變。微分電路的輸出電壓與輸入電壓的變化率成正比，可用于信號處理、噪聲抑制、波形整形等應用。應用電路實例：運算放大器加法電路運算放大器加法電路可以實現(xiàn)多個輸入信號的加法運算。該電路利用運算放大器的負反饋特性，將多個輸入信號的加權和作為輸出信號。加法電路的應用十分廣泛，例如在音頻信號處理、圖像處理等領域中用于信號疊加和混合。應用電路實例：運算放大器比較器電路運算放大器比較器電路是一個重要的應用電路，它可以用來比較兩個電壓的大小。當輸入電壓大于參考電壓時，輸出電壓為高電平；反之，輸出電壓為低電平。比較器電路可以用于信號檢測、過壓保護、電壓比較等應用。例如，在溫度控制系統(tǒng)中，可以利用比較器電路將溫度傳感器輸出的電壓與設定溫度進行比較，從而控制加熱或冷卻裝置。應用電路實例：儀表放大器儀表放大器是一種常用的運算放大器電路，它可以精確地放大微弱的差分信號，并具有高輸入阻抗和低輸出阻抗的特點，適用于傳感器信號采集、信號處理等應用場景。儀表放大器通常由三個運算放大器組成，其中兩個用于放大差分信號，另一個用于提供共模抑制功能。它可以實現(xiàn)高精度信號放大，并具有良好的共模抑制能力。芯片集成運算放大器集成電路集成電路將多個電路元件集成在一個小型芯片上，提高了可靠性、減少了尺寸，并降低了成本。集成運算放大器將運算放大器的各個電路模塊集成在一個芯片上，使其功能更強大，結構更緊湊。集成運算放大器廣泛應用于各種電子設備中，如信號放大、濾波、信號處理等。經(jīng)典運放芯片和特殊用途運放經(jīng)典運放芯片741、LM358、OP07等低噪聲運放用于音頻放大器，如OPA627。高速運放用于高頻信號處理，如THS4501。軌到軌運放輸出電壓可達到電源軌電壓，如LMP7721。新型運算放大器低噪聲運放在音頻和精密測量應用中，低噪聲性能至關重要。這些運放專門設計以最小化噪聲貢獻，從而提高信號保真度。高速運放高速運放適用于高頻應用，如數(shù)據(jù)采集、通信和控制系統(tǒng)。它