运算放大器详解

时间:2024-03-29
  运算放大器(Operational Amplifier,简称 Op-Amp)是一种集成电路,是电子电路中常用的一种重要器件。它具有高增益、高输入阻抗、低输出阻抗、宽带宽等特性,广泛应用于模拟电路和信号处理领域。
  运算放大器有两个输入端(非反相输入端和反相输入端)、一个输出端和供电端。典型的运算放大器符号为一个三角形,表示放大器的差分输入和一个箭头指向输出端。
  运算放大器的特点包括:
  高增益:运算放大器通常具有很高的开环增益,可以达到几万甚至几百万倍。
  高输入阻抗:运算放大器的输入阻抗很大,因此可以减小外部电路对其影响。
  低输出阻抗:运算放大器的输出阻抗很小,可以驱动负载电路而不受太大影响。
  可调节增益:通过反馈电路可以实现对运算放大器的增益进行调节。
  稳定性好:在设计合理的反馈电路的情况下,运算放大器具有很好的稳定性。

  运算放大器可以用于信号放大、滤波、积分、微分、比较器等多种电路中。在实际应用中,常常需要配合其他元件(如电容、电阻)组成各种功能模块来完成特定的电路功能。

  如下图所示为一个理想运算放大器。

 

  理想运放的输入电流为0,增益为无穷大,即放大倍数为无穷大,V+ = V- = 0,输出阻抗也为0,意味着其负载能力很强,但是理想运放现实中并不存在。
  反相放大器

 

  根据虚短,可得到:V+ = V- = 0 (1)
  根据虚断,可得到:I1 = I2 = 0 (2)
  I1 = ( Vin- V-) / R1 (3)
  I2 = (V- - Vout) / R2 (4)
  联立公式(1)(2)(3)(4)可求得 Vout / Vin = - (R2 / R1),即Vout = -Vin (R2 / R1)
  假设:R2 = 10K,R1 = 1K,Vin = - 0.5V,即Vout = 5V,即将Vin信号放大了10倍。注意Vin要给一个反相电压,硬件连接时将电源的正端接到GND,电源负端接到Vin。

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