运放本质上就是一堆晶体管组成的集成电路,会被封装成芯片模样,常见的有8脚或者14脚。
运放是运算放大器的简称。在实际电路中,通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。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”,此名称一直延续。

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。随着半导体技术的发展,如今绝大部分的运放是以单片的形式存在。现今运放的种类繁多,广泛应用于几乎所有的行业当中。
通用型运算放大器就是以通用为目的而设计的。这类器件的主要特点是价格低廉、产品量大面广,其性能指标能适合于一般性使用。例mA741(单运放)、LM358(双运放)、LM324(四运放)及以场效应管为输入级的LF356都属于此种。它们是目前应用最为广泛的集成运算放大器。
主要参数
1、共模输入电阻该参数表示运算放大器工作在线性区时,输入共模电压范围与该范围内偏置电流的变化量之比。
2、直流共模抑制该参数用于衡量运算放大器对作用在两个输入端的相同直流信号的抑制能力。
3、交流共模抑制CMRAC用于衡量运算放大器对作用在两个输入端的相同交流信号的抑制能力,是差模开环增益除以共模开环增益的函数。
4、增益带宽积增益带宽积AOL?是一个常量,定义在开环增益随频率变化的特性曲线中以-20dB/十倍频程滚降的区域。
运算放大器的工作原理
此电路原理简要分析:运放组成电压比较器,正输入电压3.3V,负端电压也为3.3V(10V电压经R66电阻,晶体管Q4发射极电压10V,再经R59,R585,R47对10V分压得到电压3.3V.)此时如果因输入信号或其它原因造成运放输入信号变化,当正端输入信号略大于反向端信号时,运放输出近15V正电压,三极管Q4饱和导通,输出近10V电压.反之Q4截止时,输出+15V电压.
运算放大器的工作原理如下
1 运算放大器(OPAMP)
集成运算放大器有同向输入端和反向输入端,具体如下图所示;
输出电压?满足关系 ?,集成运放最终放大的是差模信号,在没有引入反馈的情况下,电压的放大倍数为差模开环放大倍数,这里记作,因此当运放工作在线性区域的时候,满足
集成运放的电压传输特性如下图所示;
工作在线性区的时候,则曲线的斜率为电压的放大倍数;
工作在非线性区的时候,即处于饱和状态的情况下,输出电压为
2 虚短和虚断
虚短前面提到,集成运算放大器的开环放大倍数很大,一般通用型的运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB以上,但是运放的输出电压是有限制的,一般Uom在10V~14V,然而运放的差模输入电压不足1 mV,因此可以输入两端可以近似等电位,就相当于?短路。?开环电压放大倍数越大,两输入端的电位越接近相等,这种特性称之为虚短。
虚断集成运算放大器具有输入高阻抗的特性,一般同向输入端和反向输入端的输入电阻都在1MΩ以上,所以输入端流入运放的电流往往小于1uA,远小于输入端外电路的电流。所以这里通常可把运放的两输入端视为开路,并且运放的输入电阻越大,同向和反向输入两端越接近开路。在运放处于线性状态时,根据这个特性可以把两输入端视为等效开路,简称虚断。
3 反向放大器
3.1 典型电路
3.2 放大倍数
根据虚短和虚断,可以求出运算放大器的放大倍数:
假设流过电阻Rf的电流为If;流过电阻Rin的电流为Iin;
假设运算放大器同向输入端电压为V+,反向输入端电压为V-;
根据虚短,可以得到:

根据虚断,可知电阻和为串联关系:则满足:
最终求代数式可以得到:
3.3 仿真结果
Vin 为 频率50Hz,幅值为?500mV的正弦波,具体设置如下图所示;*[HTML]:
增益Gain=-(Rf/Rin)=-3;
所以输入输出关系为:Vout=-3V
仿真结果如下图所示;
4 同向放大器
4.1 双电源
同向放大器同样可以使用虚短虚断去分析;具体电路如下图所示;
推导过程:
假设流过电阻Rf的电流为If;流过电阻Rin的电流为Iin;
假设运算放大器同向输入端电压为V+,反向输入端电压为V-;
根据虚短,可以得到:
根据虚断,可知电阻Rin和Rf为串联关系:则满足:
最终求解得到:
4.2 双电源同向放大器仿真结果
Vin为 频率50Hz,幅值为?500mV的正弦波,具体设置如下图所示;增益Gain=(Rf+Rin)/Rin=4;
所以输入输出关系为:Vout=4Vin
仿真结果如下图所示;
4.3 单电源
与上面双电源供电不同,如果运算放大器使用单电源,为了输出正常,如果使用单电源供电,非反向放的OP放大器必须与地线关联,如果 V- 是接地,那 V+ 输入端需要有 V+/2 的压降,这个可以通过电阻分压得到。单电源的电路如下图所示;
这里增加了两个20KΩ的分压,在V+端增加了2.5V的输入电压。
4.4 双电源同向放大器仿真结果
输入与上面的实验相同此处不再赘述;

增益Gain=(Rf+Rin)/Rin=2;
所以输入输出关系为:
5 总结
本文分析的运算放大器都是比较常用且简单的类型,当前只给出了如何计算输入和输出的关系,如果作为硬件设计人员,还需要关注更多的细节,更多运算放大器的指标,失调电压,温漂等等,笔者能力有限,无法进行分析,如果单纯作为读懂一般的运算放大电路还是够用的。


