放大器" target="_blank">運(yùn)算放大器(簡稱“運(yùn)放”)是具有很高放大倍數(shù)的電路單元。在實(shí)際電路中，通常結(jié)合反饋網(wǎng)絡(luò)共同組成某種功能模塊。它是一種帶有特殊耦合電路及反饋的放大器。其輸出信號可以是輸入信號加、減或微分、積分等數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果。由于早期應(yīng)用于模擬計(jì)算機(jī)中用以實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)運(yùn)算，因而得名“運(yùn)算放大器”。 由于早期應(yīng)用于模擬計(jì)算機(jī)中，用以實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)運(yùn)算，故得名“運(yùn)算放大器”。運(yùn)放是一個從功能的角度命名的電路單元，可以由分立的器件實(shí)現(xiàn)，也可以實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片當(dāng)中。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，大部分的運(yùn)放是以單芯片的形式存在。運(yùn)放的種類繁多，廣泛應(yīng)用于電子行業(yè)當(dāng)中。

運(yùn)算放大器是一個內(nèi)含多級放大電路的電子集成電路，其輸入級是差分放大電路，具有高輸入電阻和抑制零點(diǎn)漂移能力;中間級主要進(jìn)行電壓放大，具有高電壓放大倍數(shù)，一般由共射極放大電路構(gòu)成;輸出極與負(fù)載相連，具有帶載能力強(qiáng)、低輸出電阻特點(diǎn)。運(yùn)算放大器的應(yīng)用非常廣泛。

作為硬件設(shè)計(jì)中最常用的運(yùn)算放大器，有必要了解和掌握。單個三極管放大倍數(shù)離散度很大，雖然硬件電路簡單，卻無法滿足各種各樣的放大倍數(shù)以及運(yùn)算。只依靠外圍器件從而決定放大倍數(shù)的 運(yùn)算放大器 應(yīng)運(yùn)而生。

一、運(yùn)算放大器是什么?

運(yùn)算放大器是一種

多級放大器

多級直接耦合放大器

高增益、高輸入阻抗，低輸出阻抗的多級直流耦合放大器

高共模抑制比、高增益、高輸入阻抗、低輸出阻抗 的多級直接耦合放大器

運(yùn)放的主要性能優(yōu)點(diǎn)叫做Features,一般在其芯片手冊首頁給出。

運(yùn)放的選型首先是將技術(shù)項(xiàng)目的指標(biāo)轉(zhuǎn)換成對電路的性能要求，再根據(jù)運(yùn)放的指標(biāo)，選擇能夠滿足電路性能要求的型號的運(yùn)放。

運(yùn)放型號的選用不當(dāng)將導(dǎo)致電路性能不符合設(shè)計(jì)預(yù)期，達(dá)不到相應(yīng)的項(xiàng)目所需的技術(shù)指標(biāo)。

二、運(yùn)放的開環(huán)增益

開環(huán)增益是指：運(yùn)放輸出端的電壓與運(yùn)放兩個輸入端之間電位差的比值。

即Uo/(Up-Un).

運(yùn)放的開環(huán)增益 直接影響用運(yùn)放通過負(fù)反饋構(gòu)成實(shí)際的放大器 后其放大倍數(shù)的精度。

運(yùn)放的開環(huán)增益一般可達(dá)到100dB以上(105)，有的運(yùn)放甚至高達(dá)160dB(108)。

但是 運(yùn)放的開環(huán)增益與工作頻率(輸入信號頻率)有關(guān)。頻率越高，開環(huán)增益越低 。如圖所示。

所以，需要根據(jù)實(shí)際工作頻率確定運(yùn)放的增益，以確定放大器的增益精度

但是高的開環(huán)增益依然有利于低頻或直流情況下的精度

三、運(yùn)放的輸入阻抗、輸出阻抗

1、輸入電阻是指：運(yùn)放兩個輸入端之間的等效電阻(前提是運(yùn)放工作在線性狀態(tài))。 **

輸入電阻和輸出電阻的概念大家可以看看我這篇。

輸入阻抗和輸出阻抗

2、運(yùn)放的輸入電阻一般可以達(dá)到幾百千歐，典型值是 1MΩ 。

3、運(yùn)放的輸入電阻之所以需要比較高，是因?yàn)樵谟眠\(yùn)放通過負(fù)反饋構(gòu)成實(shí)際的放大器后，運(yùn)放輸入電阻的影響可以忽略不計(jì)。這樣，放大器的增益完全由外部元件決定。

3、運(yùn)放的輸出電阻很小，一般只有幾十歐姆。

4 、運(yùn)放在線性應(yīng)用時，一般采用電壓負(fù)反饋，而電壓負(fù)反饋是降低輸出電阻的(降低1+AF倍)，所以，實(shí)際的運(yùn)放電路的輸出電阻往往只有零點(diǎn)幾歐姆。

5、運(yùn)放低的輸出電阻當(dāng)然是為了具有更好的輸出特性，即更好的驅(qū)動負(fù)載的能力。

6、理想運(yùn)放的輸入電阻應(yīng)該是無窮大，輸出電阻應(yīng)該是零，電壓增益應(yīng)該是無窮大。

7、理想運(yùn)放構(gòu)成的放大器，其特性完全取決于外部元器件。——這是人們希望的

8、實(shí)際當(dāng)然不可能，故會帶來誤差。問題是：只要把誤差控制在技術(shù)要求可接受的范圍!

四、運(yùn)算放大器的基本結(jié)構(gòu)

1、運(yùn)放輸入級一定是差動放大器，中間級為共射放大器，輸出級為射極跟隨器(雙極型管運(yùn)放)。

2、運(yùn)放的兩個輸入端就是差動放大器的兩個基極，但是這兩個輸入端并沒有在內(nèi)部設(shè)定偏置，而是置空狀態(tài)。使用時，需要外部為其設(shè)置偏置(這樣做是為了適應(yīng)各種不同的應(yīng)用情況)

3、無論外部怎么給偏置，偏置電流不變，而且，電源電流也不會因不同供電電壓而改變。—— 這是因?yàn)檫\(yùn)放內(nèi)部往往采用恒流源偏置。

五、運(yùn)放的開環(huán)和閉環(huán)使用

運(yùn)算放大器既可能開環(huán)使用，也可能閉環(huán)使用。

開環(huán)使用就是把運(yùn)放當(dāng)做電壓比較器使用，此時運(yùn)放工作于非線性區(qū)，而在線性情況下的技術(shù)指標(biāo)(輸入電阻、輸出電阻、帶寬增益積等等)將不再適用。

閉環(huán)使用則分兩種情況： 正反饋閉環(huán) 和 負(fù)反饋閉環(huán)。

正反饋閉環(huán)情況則運(yùn)放同樣工作在非線性區(qū)，與開環(huán)情況類似。

而負(fù)反饋情況下，由于環(huán)路的自動調(diào)節(jié)作用，將迫使運(yùn)放工作在線性區(qū)。

注意：但是運(yùn)放本身不能在開環(huán)情況下直接用于放大信號，即使輸入信號幅度足夠小。

低頻增益太高，無法保證靜態(tài)處于線性區(qū)。

開環(huán)增益與頻率有關(guān)，無法保證運(yùn)放在一定帶寬范圍內(nèi)增益的恒定性。

增益無法根據(jù)需求進(jìn)行人為設(shè)置。

總結(jié)

1、首先，運(yùn)放的增益與頻率有關(guān)。

2、而運(yùn)放的輸入阻抗不僅有輸入電阻，還有輸入電容。所以輸入阻抗與頻率有關(guān)。

3、運(yùn)放的輸出級由于是跟隨器的電路形式，所以輸出電阻小。但是隨著頻率的升高，跟隨器的跟隨能力下降，這將導(dǎo)致輸出電阻的上升。所以輸出電阻也與頻率有關(guān)。

4、運(yùn)放閉環(huán)應(yīng)用時(負(fù)反饋)，電路的輸入輸出阻抗將發(fā)生變動(電壓/電流負(fù)反饋將降低/升高輸出電阻、串聯(lián)/并聯(lián)負(fù)反饋將提高/降低輸入電阻)。

5、在反饋深度1+AF中，由于開環(huán)增益A與頻率有關(guān)(隨頻率的升高A將下降)，故反饋深度與頻率有關(guān)。

6、故負(fù)反饋閉環(huán)情況下，由負(fù)反饋所帶來的對放大器性能的影響，其具體的影響的量都與頻率有關(guān)。

運(yùn)算放大器(簡稱“運(yùn)放”)是具有很高放大倍數(shù)的電路單元。在實(shí)際電路中，通常結(jié)合反饋網(wǎng)絡(luò)共同組成某種功能模塊。它是一種帶有特殊耦合電路及反饋的放大器。其輸出信號可以是輸入信號加、減或微分、積分等數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果。由于早期應(yīng)用于模擬計(jì)算機(jī)中，用以實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)運(yùn)算，故得名“運(yùn)算放大器”。運(yùn)放是一個從功能的角度命名的電路單元，可以由分立的器件實(shí)現(xiàn)，也可以實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片當(dāng)中。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，大部分的運(yùn)放是以單芯片的形式存在。運(yùn)放的種類繁多，廣泛應(yīng)用于電子行業(yè)當(dāng)中。

放大器用于發(fā)射機(jī)的末級，作用是將高頻已調(diào)波信號進(jìn)行功率放大，以滿足發(fā)送功率的要求，然后經(jīng)過天線將其輻射到空間，保證在一定區(qū)域內(nèi)的接收機(jī)可以接收到滿意的信號電平，并且不干擾相鄰信道的通信。

高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的重要組件。按其工作頻帶的寬窄劃分為窄帶高頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器兩種，窄帶高頻功率放大器通常以具有選頻濾波作用的選頻電路作為輸出回路，故又稱為調(diào)諧功率放大器或諧振功率放大器;寬帶高頻功率放大器的輸出電路則是傳輸線變壓器或其他寬帶匹配電路，因此又稱為非調(diào)諧功率放大器。高頻功率放大器是一種能量轉(zhuǎn)換器件，它將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換成為高頻交流輸出。

放大器可以按照電流導(dǎo)通角的不同，將其分為甲、乙、丙三類工作狀態(tài)。甲類放大器電流的流通角為360o，適用于小信號低功率放大。乙類放大器電流的流通角約等于 180o;丙類放大器電流的流通角則小于180o。乙類和丙類都適用于大功率工作丙類工作狀態(tài)的輸出功率和效率是三種工作狀態(tài)中最高者。高頻功率放大器大多工作于丙類。但丙類放大器的電流波形失真太大，因而不能用于低頻功率放大，只能用于采用調(diào)諧回路作為負(fù)載的諧振功率放大。由于調(diào)諧回路具有濾波能力，回路電流與電壓仍然極近于正弦波形，失真很小。

放大器的分類

1、集成運(yùn)算放大器主要類別

(1)通用型集成運(yùn)算放大器

通用型集成運(yùn)算放大器是指它的技術(shù)參數(shù)比較適中，可滿足大多數(shù)情況下的使用要求。通用型集成運(yùn)算放大器又分為Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型，其中Ⅰ型屬低增益運(yùn)算放大器，Ⅱ型屬中增益運(yùn)算放大器，Ⅲ型為高增益運(yùn)算放大器。Ⅰ型和Ⅱ型基本上是早期的產(chǎn)品，其輸入失調(diào)電壓在2mV左右，開環(huán)增益一般大于80dB。

(2)高精度集成運(yùn)算放大器

高精度集成運(yùn)算放大器是指那些失調(diào)電壓小，溫度漂移非常小，以及增益、共模抑制比非常高的運(yùn)算放大器。這類運(yùn)算放大器的噪聲也比較小。其中單片高精度集成運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓可小到幾微伏，溫度漂移小到幾十微伏每攝氏度。

(3)高速型集成運(yùn)算放大器

高速型集成運(yùn)算放大器的輸出電壓轉(zhuǎn)換速率很大，有的可達(dá)2~3kV/μS。

(4)高輸入阻抗集成運(yùn)算放大器

高輸入阻抗集成運(yùn)算放大器的輸入阻抗十分大，輸入電流非常小。這類運(yùn)算放大器的輸入級往往采用MOS管。

(5)低功耗集成運(yùn)算放大器

低功耗集成運(yùn)算放大器工作時的電流非常小，電源電壓也很低，整個運(yùn)算放大器的功耗僅為幾十微瓦。這類集成運(yùn)算放大器多用于便攜式電子產(chǎn)品中。

(6)寬頻帶集成運(yùn)算放大器

寬頻帶集成運(yùn)算放大器的頻帶很寬，其單位增益帶寬可達(dá)千兆赫以上，往往用于寬頻帶放大電路中。

(7)高壓型集成運(yùn)算放大器

一般集成運(yùn)算放大器的供電電壓在15V以下，而高壓型集成運(yùn)算放大器的供電電壓可達(dá)數(shù)十伏。

(8)功率型集成運(yùn)算放大器

功率型集成運(yùn)算放大器的輸出級，可向負(fù)載提供比較大的功率輸出。

2、光纖放大器

光纖放大器不但可對光信號進(jìn)行直接放大，同時還具有實(shí)時、高增益、寬帶、在線、低噪聲、低損耗的全光放大功能，是新一代光纖通信系統(tǒng)中必不可少的關(guān)鍵器件;由于這項(xiàng)技術(shù)不僅解決了衰減對光網(wǎng)絡(luò)傳輸速率與距離的限制，更重要的是它開創(chuàng)了1550nm頻段的波分復(fù)用，從而將使超高速、超大容量、超長距離的波分復(fù)用(WDM)、密集波分復(fù)用(DWDM)、全光傳輸、光孤子傳輸?shù)瘸蔀楝F(xiàn)實(shí)，是光纖通信發(fā)展史上的一個劃時代的里程碑。