运算放大器的作用和用途是什么？

2023-05-17 22:20 来源：网友发布作者：网友发布浏览：50

核心提示运算放大器的作用是在实际电路中，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。早期应用于模拟计算机中，用以实现数学运算，用途；广泛应用于电子行业当中

运算放大器的作用是在实际电路中，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。早期应用于模拟计算机中，用以实现数学运算，

用途；广泛应用于电子行业当中，接入适当的反馈网络，可用作精密的交流和直流放大器，有源滤波器，振荡器及电压比较器。

所有的运算放大器都有两个电源引脚，一般在资料中，它们的标识是VCC＋和VCC－，但是有些时候它们的标识是VCC＋和GND，但是，他们可能可以工作在其他的电压下。在运放不是按默认电压供电的时候，需要参考运放的数据手册，特别是绝对最大供电电压和电压摆动说明。

放大电路有两个基本类型：同相放大器和反相放大器。他们的交流耦合版本如图三所示。对于交流电路，反向的意思是相角被移动180度。这种电路采用了耦合电容 ――Cin 。Cin被用来阻止电路产生直流放大，这样电路就只会对交流产生放大作用。

扩展资料；

运算放大器是一种直流耦合差模（差动模式）输入，通常为单端输出的高增益电压放大器，因为刚开始主要用于加法，乘法等运算电路中，一个理想的运算放大器必须具备，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。

通常使用运算放大器时，会将其输出端与其反相输入端连接，形成一负反馈组态。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相反地。

将运算放大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，又可分为反相放大器与非反相放大器两种。

参考资料；--运算放大器

电路分析中运算放大器是什么东西啊做题不会啊

低频电压放大器

低频电压放大器是指工作频率在 20 赫～ 20 千赫之间、输出要求有一定电压值而不要求很强的电流的放大器。

（ 1 ）共发射极放大电路

图 1 （ a ）是共发射极放大电路。 C1 是输入电容， C2 是输出电容，三极管 VT 就是起放大作用的器件， RB 是基极偏置电阻 ,RC 是集电极负载电阻。 1 、 3 端是输入， 2 、 3 端是输出。 3 端是公共点，通常是接地的，也称“地”端。静态时的直流通路见图 1 （ b ），动态时交流通路见图 1 （ c ）。电路的特点是电压放大倍数从十几到一百多，输出电压的相位和输入电压是相反的，性能不够稳定，可用于一般场合。

（ 2 ）分压式偏置共发射极放大电路

图 2 比图 1 多用 3 个元件。基极电压是由 RB1 和 RB2 分压取得的，所以称为分压偏置。发射极中增加电阻 RE 和电容 CE ， CE 称交流旁路电容，对交流是短路的； RE 则有直流负反馈作用。所谓反馈是指把输出的变化通过某种方式送到输入端，作为输入的一部分。如果送回部分和原来的输入部分是相减的，就是负反馈。图中基极真正的输入电压是 RB2 上电压和 RE 上电压的差值，所以是负反馈。由于采取了上面两个措施，使电路工作稳定性能提高，是应用最广的放大电路。

（ 3 ）射极输出器

图 3 （ a ）是一个射极输出器。它的输出电压是从射极输出的。图 3 （ b ）是它的交流通路图，可以看到它是共集电极放大电路。

这个图中，晶体管真正的输入是 V i 和 V o 的差值，所以这是一个交流负反馈很深的电路。由于很深的负反馈，这个电路的特点是：电压放大倍数小于 1 而接近 1 ，输出电压和输入电压同相，输入阻抗高输出阻抗低，失真小，频带宽，工作稳定。它经常被用作放大器的输入级、输出级或作阻抗匹配之用。

（ 4 ）低频放大器的耦合

一个放大器通常有好几级，级与级之间的联系就称为耦合。放大器的级间耦合方式有三种： ①RC 耦合，见图 4 （ a ）。优点是简单、成本低。但性能不是最佳。 ② 变压器耦合，见图 4 （ b ）。优点是阻抗匹配好、输出功率和效率高，但变压器制作比较麻烦。 ③ 直接耦合，见图 4 （ c ）。优点是频带宽，可作直流放大器使用，但前后级工作有牵制，稳定性差，设计制作较麻烦。

功率放大器

能把输入信号放大并向负载提供足够大的功率的放大器叫功率放大器。例如收音机的末级放大器就是功率放大器。

（ 1 ）甲类单管功率放大器

图 5 是单管功率放大器， C1 是输入电容， T 是输出变压器。它的集电极负载电阻 Ri′ 是将负载电阻 R L 通过变压器匝数比折算过来的：

RC′= （ N1 N2 ） 2 RL=N 2 RL

负载电阻是低阻抗的扬声器，用变压器可以起阻抗变换作用，使负载得到较大的功率。

这个电路不管有没有输入信号，晶体管始终处于导通状态，静态电流比较大，困此集电极损耗较大，效率不高，大约只有 35 ％。这种工作状态被称为甲类工作状态。这种电路一般用在功率不太大的场合，它的输入方式可以是变压器耦合也可以是 RC 耦合。

（ 2 ）乙类推挽功率放大器

图 6 是常用的乙类推挽功率放大电路。它由两个特性相同的晶体管组成对称电路，在没有输入信号时，每个管子都处于截止状态，静态电流几乎是零，只有在有信号输入时管子才导通，这种状态称为乙类工作状态。当输入信号是正弦波时，正半周时 VT1 导通 VT2 截止，负半周时 VT2 导通 VT1 截止。两个管子交替出现的电流在输出变压器中合成，使负载上得到纯正的正弦波。这种两管交替工作的形式叫做推挽电路。

乙类推挽放大器的输出功率较大，失真也小，效率也较高，一般可达 60 ％。

（ 3 ） OTL 功率放大器

目前广泛应用的无变压器乙类推挽放大器，简称 OTL 电路，是一种性能很好的功率放大器。为了

易于说明，先介绍一个有输入变压器没有输出变压器的 OTL 电路，如图 7 。

这个电路使用两个特性相同的晶体管，两组偏置电阻和发射极电阻的阻值也相同。在静态时， VT1 、 VT2 流过的电流很小，电容 C 上充有对地为 1 2 E c 的直流电压。在有输入信号时，正半周时 VT1 导通， VT2 截止，集电极电流 i c1 方向如图所示，负载 RL 上得到放大了的正半周输出信号。负半周时 VT1 截止， VT2 导通，集电极电流 i c2 的方向如图所示， RL 上得到放大了的负半周输出信号。这个电路的关键元件是电容器 C ，它上面的电压就相当于 VT2 的供电电压。

以这个电路为基础，还有用三极管倒相的不用输入变压器的真正 OTL 电路，用 PNP 管和 NPN 管组成的互补对称式 OTL 电路，以及最新的桥接推挽功率放大器，简称 BTL 电路等等。

直流放大器

能够放大直流信号或变化很缓慢的信号的电路称为直流放大电路或直流放大器。测量和控制方面常用到这种放大器。

（ 1 ）双管直耦放大器

直流放大器不能用 RC 耦合或变压器耦合，只能用直接耦合方式。图 8 是一个两级直耦放大器。直耦方式会带来前后级工作点的相互牵制，电路中在 VT2 的发射极加电阻 R E 以提高后级发射极电位来解决前后级的牵制。直流放大器的另一个更重要的问题是零点漂移。所谓零点漂移是指放大器在没有输入信号时，由于工作点不稳定引起静态电位缓慢地变化，这种变化被逐级放大，使输出端产生虚假信号。放大器级数越多，零点漂移越严重。所以这种双管直耦放大器只能用于要求不高的场合。

（ 2 ）差分放大器

解决零点漂移的办法是采用差分放大器，图 9 是应用较广的射极耦合差分放大器。它使用双电源，其中 VT1 和 VT2 的特性相同，两组电阻数值也相同， R E 有负反馈作用。实际上这是一个桥形电路，两个 R C 和两个管子是四个桥臂，输出电压 V 0 从电桥的对角线上取出。没有输入信号时，因为 RC1=RC2 和两管特性相同，所以电桥是平衡的，输出是零。由于是接成桥形，零点漂移也很小。

差分放大器有良好的稳定性，因此得到广泛的应用。

集成运算放大器

集成运算放大器是一种把多级直流放大器做在一个集成片上，只要在外部接少量元件就能完成各种功能的器件。因为它早期是用在模拟计算机中做加法器、乘法器用的，所以叫做运算放大器。它有十多个引脚，一般都用有 3 个端子的三角形符号表示，如图 10 。它有两个输入端、 1 个输出端，上面那个输入端叫做反相输入端，用“ — ”作标记；下面的叫同相输入端，用“＋”作标记。

集成运算放大器可以完成加、减、乘、除、微分、积分等多种模拟运算，也可以接成交流或直流放大器应用。在作放大器应用时有：

（ 1 ）带调零的同相输出放大电路

图 11 是带调零端的同相输出运放电路。引脚 1 、 11 、 12 是调零端，调整 RP 可使输出端（ 8 ）在静态时输出电压为零。 9 、 6 两脚分别接正、负电源。输入信号接到同相输入端（ 5 ），因此输出信号和输入信号同相。放大器负反馈经反馈电阻 R2 接到反相输入端（ 4 ）。同相输入接法的电压放大倍数总是大于 1 的。

（ 2 ）反相输出运放电路

也可以使输入信号从反相输入端接入，如图 12 。如对电路要求不高，可以不用调零，这时可以把 3 个调零端短路。

输入信号从耦合电容 C1 经 R1 接入反相输入端，而同相输入端通过电阻 R3 接地。反相输入接法的电压放大倍数可以大于 1 、等于 1 或小于 1 。

（ 3 ）同相输出高输入阻抗运放电路

图 13 中没有接入 R1 ，相当于 R1 阻值无穷大，这时电路的电压放大倍数等于 1 ，输入阻抗可达几百千欧。

放大电路读图要点和举例

放大电路是电子电路中变化较多和较复杂的电路。在拿到一张放大电路图时，首先要把它逐级分解开，然后一级一级分析弄懂它的原理，最后再全面综合。读图时要注意： ① 在逐级分析时要区分开主要元器件和辅助元器件。放大器中使用的辅助元器件很多，如偏置电路中的温度补偿元件，稳压稳流元器件，防止自激振荡的防振元件、去耦元件，保护电路中的保护元件等。 ② 在分析中最主要和困难的是反馈的分析，要能找出反馈通路，判断反馈的极性和类型，特别是多级放大器，往往以后级将负反馈加到前级，因此更要细致分析。 ③ 一般低频放大器常用 RC 耦合方式；高频放大器则常常是和 LC 调谐电路有关的，或是用单调谐或是用双调谐电路，而且电路里使用的电容器容量一般也比较小。 ④ 注意晶体管和电源的极性，放大器中常常使用双电源，这是放大电路的特殊性。

例 1 助听器电路

图 14 是一个助听器电路，实际上是一个 4 级低频放大器。 VT1 、 VT2 之间和 VT3 、 VT4 之间采用直接耦合方式， VT2 和 VT3 之间则用 RC 耦合。为了改善音质， VT1 和 VT3 的本级有并联电压负反馈（ R2 和 R7 ）。由于使用高阻抗的耳机，所以可以把耳机直接接在 VT4 的集电极回路内。 R6 、 C2 是去耦电路， C6 是电源滤波电容。

例 2 收音机低放电路

图 15 是普及型收音机的低放电路。电路共 3 级，第 1 级（ VT1 ）前置电压放大，第 2 级（ VT2 ）是推动级，第 3 级（ VT3 、 VT4 ）是推挽功放。 VT1 和 VT2 之间采用直接耦合， VT2 和 VT3 、 VT4 之间用输入变压器（ T1 ）耦合并完成倒相，最后用输出变压器（ T2 ）输出，使用低阻扬声器。此外， VT1 本级有并联电压负反馈（ R1 ）， T2 次级经 R3 送回到 VT2 有串联电压负反馈。电路中 C2 的作用是增强高音区的负反馈，减弱高音以增强低音。 R4 、 C4 为去耦电路， C3 为电源的滤波电容。整个电路简单明了。

一个振荡器必须包括三部分：放大器、正反馈电路和选频网络。放大器能对振荡器输入端所加的输入信号予以放大使输出信号保持恒定的数值。正反馈电路保证向振荡器输入端提供的反馈信号是相位相同的，只有这样才能使振荡维持下去。选频网络则只允许某个特定频率 f 0 能通过，使振荡器产生单一频率的输出。

振荡器能不能振荡起来并维持稳定的输出是由以下两个条件决定的；一个是反馈电压 u f 和输入电压 U i 要相等，这是振幅平衡条件。二是 u f 和 u i 必须相位相同，这是相位平衡条件，也就是说必须保证是正反馈。一般情况下，振幅平衡条件往往容易做到，所以在判断一个振荡电路能否振荡，主要是看它的相位平衡条件是否成立。

振荡器按振荡频率的高低可分成超低频（ 20 赫以下）、低频（ 20 赫～ 200 千赫）、高频（ 200 千赫～ 30 兆赫）和超高频（ 10 兆赫～ 350 兆赫）等几种。按振荡波形可分成正弦波振荡和非正弦波振荡两类。

正弦波振荡器按照选频网络所用的元件可以分成 LC 振荡器、 RC 振荡器和石英晶体振荡器三种。石英晶体振荡器有很高的频率稳定度，只在要求很高的场合使用。在一般家用电器中，大量使用着各种 L C 振荡器和 RG 振荡器。

LC 振荡器

LC 振荡器的选频网络是 LC 谐振电路。它们的振荡频率都比较高，常见电路有 3 种。

（ 1 ）变压器反馈 LC 振荡电路

图 1 （ a ）是变压器反馈 LC 振荡电路。晶体管 VT 是共发射极放大器。变压器 T 的初级是起选频作用的 LC 谐振电路，变压器 T 的次级向放大器输入提供正反馈信号。接通电源时， LC 回路中出现微弱的瞬变电流，但是只有频率和回路谐振频率 f 0 相同的电流才能在回路两端产生较高的电压，这个电压通过变压器初次级 L1 、 L2 的耦合又送回到晶体管 V 的基极。从图 1 （ b ）看到，只要接法没有错误，这个反馈信号电压是和输入信号电压相位相同的，也就是说，它是正反馈。因此电路的振荡迅速加强并最后稳定下来。

变压器反馈 LC 振荡电路的特点是：频率范围宽、容易起振，但频率稳定度不高。它的振荡频率是： f 0 =1 ／ 2π LC 。常用于产生几十千赫到几十兆赫的正弦波信号。

（ 2 ）电感三点式振荡电路

图 2 （ a ）是另一种常用的电感三点式振荡电路。图中电感 L1 、 L2 和电容 C 组成起选频作用的谐振电路。从 L2 上取出反馈电压加到晶体管 VT 的基极。从图 2 （ b ）看到，晶体管的输入电压和反馈电压是同相的，满足相位平衡条件的，因此电路能起振。由于晶体管的 3 个极是分别接在电感的 3 个点上的，因此被称为电感三点式振荡电路。

电感三点式振荡电路的特点是：频率范围宽、容易起振，但输出含有较多高次调波，波形较差。它的振荡频率是： f 0 =1/2π LC ，其中 L=L1 ＋ L2 ＋ 2M 。常用于产生几十兆赫以下的正弦波信号。

（ 3 ）电容三点式振荡电路

还有一种常用的振荡电路是电容三点式振荡电路，见图 3 （ a ）。图中电感 L 和电容 C1 、 C2 组成起选频作用的谐振电路，从电容 C2 上取出反馈电压加到晶体管 VT 的基极。从图 3 （ b ）看到，晶体管的输入电压和反馈电压同相，满足相位平衡条件，因此电路能起振。由于电路中晶体管的 3 个极分别接在电容 C1 、 C2 的 3 个点上，因此被称为电容三点式振荡电路。

电容三点式振荡电路的特点是：频率稳定度较高，输出波形好，频率可以高达 100 兆赫以上，但频率调节范围较小，因此适合于作固定频率的振荡器。它的振荡频率是： f 0 =1/2π LC ，其中 C= C 1 C 2 C 1 +C 2 。

上面 3 种振荡电路中的放大器都是用的共发射极电路。共发射极接法的振荡器增益较高，容易起振。也可以把振荡电路中的放大器接成共基极电路形式。共基极接法的振荡器振荡频率比较高，而且频率稳定性好。

运算放大器（常简称为“运放”）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。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”，此名称一直延续至今。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。

编辑本段历史

运算放大器最早被发明作为模拟信号的运算单元，是模拟电子计算机的基本组成部件，由真空电子管组成。

第一块集成运放电路是美国仙童（fairchild）公司发明的μA741，在60年代后期广泛流行。直到今天μA741仍然是各大学电子工程系中讲解运放原理的典型教材。

编辑本段原理

运放如上图有两个输入端a,b和一个输出端o也称为倒向输入端(反相输入端),非倒向输入端(同相输入端)和输出端当电压加U-加在a端和公共端(公共端是电压的零位,它相当于电路中的参考结点)之间,且其实际方向从a 端指向公共端时,输出电压U实际方向则自公共端指向o端,即两者的方向正好相反当输入电压U+加在b端和公共端之间,U与U+两者的实际方向相对公共端恰好相同为了区别起见,a端和b 端分别用"-"和"+"号标出,但不要将它们误认为电压参考方向的正负极性电压的正负极性应另外标出或用箭头表示反转放大器和非反转放大器如下图：

一般可将运放简单地视为：具有一个信号输出端口（Out）和同相、反相两个高阻抗输入端的高增益直接耦合电压放大单元，因此可采用运放制作同相、反相及差分放大器。

运放的供电方式分双电源供电与单电源供电两种。对于双电源供电运放，其输出可在零电压两侧变化，在差动输入电压为零时输出也可置零。采用单电源供电的运放，输出在电源与地之间的某一范围变化。

运放的输入电位通常要求高于负电源某一数值，而低于正电源某一数值。经过特殊设计的运放可以允许输入电位在从负电源到正电源的整个区间变化，甚至稍微高于正电源或稍微低于负电源也被允许。这种运放称为轨到轨（rail-to-rail）输入运算放大器。

运放的输出电位通常只能在高于负电源某一数值，而低于正电源某一数值之间变化。经过特殊设计的运放可以允许输出电位在从负电源到正电源的整个区间变化。这种运放成为轨到轨（rail-to-rail）输出运算放大器。

运算放大器的输出信号与两个输入端的信号电压差成正比，在音频段有：输出电压=A0（E1-E2），其中，A0 是运放的低频开环增益（如 100dB，即 100000 倍），E1 是同相端的输入信号电压，E2 是反相端的输入信号电压。

编辑本段类型

按照集成运算放大器的参数来分,集成运算放大器可分为如下几类。

1．通用型运算放大器

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μA741（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。

2．高阻型运算放大器

这类集成运算放大器的特点是差模输入阻抗非常高,输入偏置电流非常小,一般rid＞1GΩ~1TΩ,IB为几皮安到几十皮安。实现这些指标的主要措施是利用场效应管高输入阻抗的特点,用场效应管组成运算放大器的差分输入级。用FET作输入级,不仅输入阻抗高,输入偏置电流低,而且具有高速、宽带和低噪声等优点,但输入失调电压较大。常见的集成器件有LF355、LF347（四运放）及更高输入阻抗的CA3130、CA3140等。

3．低温漂型运算放大器

在精密仪器、弱信号检测等自动控制仪表中,总是希望运算放大器的失调电压要小且不随温度的变化而变化。低温漂型运算放大器就是为此而设计的。目前常用的高精度、低温漂运算放大器有OP07、OP27、AD508及由MOSFET组成的斩波稳零型低漂移器件ICL7650等。

4．高速型运算放大器

在快速A/D和D/A转换器、视频放大器中,要求集成运算放大器的转换速率SR一定要高,单位增益带宽BWG一定要足够大,像通用型集成运放是不能适合于高速应用的场合的。高速型运算放大器主要特点是具有高的转换速率和宽的频率响应。常见的运放有LM318、μA715等,其SR=50~70V/ms,BWG＞20MHz。

5．低功耗型运算放大器

由于电子电路集成化的最大优点是能使复杂电路小型轻便,所以随着便携式仪器应用范围的扩大,必须使用低电源电压供电、低功率消耗的运算放大器相适用。常用的运算放大器有TL-022C、TL-060C等,其工作电压为±2V~±18V,消耗电流为50~250μA。目前有的产品功耗已达μW级,例如ICL7600的供电电源为15V,功耗为10mW,可采用单节电池供电。

6．高压大功率型运算放大器

运算放大器的输出电压主要受供电电源的限制。在普通的运算放大器中,输出电压的最大值一般仅几十伏,输出电流仅几十毫安。若要提高输出电压或增大输出电流,集成运放外部必须要加辅助电路。高压大电流集成运算放大器外部不需附加任何电路,即可输出高电压和大电流。例如D41集成运放的电源电压可达±150V,μA791集成运放的输出电流可达1A。

编辑本段主要参数

1共模输入电阻(RINCM)

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(CMRDC)

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)

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(GBW)

增益带宽积AOL ƒ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。

5输入偏置电流(IB)

该参数指运算放大器工作在线性区时流入输入端的平均电流。

6输入偏置电流温漂(TCIB)