運算放大器的工作原理介紹

什么是運算放大器？

運算放大器（Operational Amplifier，簡稱“運放”）是一種具有極高放大倍數的電路單元，通常結合反饋網絡共同組成某種功能模塊。它的核心特性是，其輸出信號可以是輸入信號經過加、減、微分、積分等數學運算后的結果。由于早期主要被應用于模擬計算機中以實現數學運算，因此得名“運算放大器”。

運算放大器是一種帶有特殊耦合電路及反饋的放大器，其電路結構包括兩個輸入端（反相輸入端和同相輸入端）和一個輸出端。當在反相輸入端和公共端之間施加電壓時，如果電壓的實際方向從反相輸入端高于公共端，那么輸出電壓的方向則自公共端指向輸出端，即兩者的方向正好相反。

運放可以由分立的器件實現，也可以實現在半導體芯片當中。隨著半導體技術的發展，大部分的運放是以單芯片的形式存在。運放的種類繁多，廣泛應用于電子行業當中，如作為電壓跟隨器使用，或用于直流電壓的驅動或增益等。

運算放大器的工作原理

下圖中的電路顯示了運算放大器 U1 的符號以及運算放大器內部的簡化原理圖。運算放大器具有正極和負極電源連接。這提供了來自電源的電力來操作該設備。

根據應用情況，可以使用單電源或分離電源。運放有三個信號端，一個正信號輸入端，一個負信號輸入端，以及運放信號輸出端。運算放大器由晶體管(Q1、Q2) 組成的差分輸入級、電平移位器級 Q3 和輸出級 (Q4、Q5) 組成。

當正電壓施加到 + 輸入（即 Q1 基極）和 – 輸入接地時，Q3 將被激活以更好地理解這一點）。這允許電流從 Q3 的發射極流向集電極端子。結果，R3 和 R4 上將產生正電壓。該電壓激活 Q4，輸出將呈現 +V 電壓電平。

另一方面，當正電壓施加到接地的 – 輸入和 + 輸入時。 Q3 將不會被激活，因此 Q4 將處于截止狀態，但 Q5 將導通，因為它是 PNP 晶體管，并且其基極的低邏輯會激活它們。現在，輸出引腳將呈現低狀態，Q5 提供通過其發射極到集電極端子的電流吸收路徑。

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