一、運(yùn)算放大器介紹

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(gè)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)算放大器的原理：

運(yùn)放如圖有兩個(gè)輸入端 a（反相輸入端），b（同相輸入端）和一個(gè)輸出端 o。也分別被稱為倒向輸入端非倒向輸入端和輸出端。當(dāng)電壓 U- 加在 a 端和公共端（公共端是電壓為零的點(diǎn)，它相當(dāng)于電路中的參考結(jié)點(diǎn)。）之間，且其實(shí)際方向從 a 端高于公共端時(shí)，輸出電壓 U 實(shí)際方向則自公共端指向 o 端，即兩者的方向正好相反。當(dāng)輸入電壓 U+加在 b 端和公共端之間，U 與 U+兩者的實(shí)際方向相對公共端恰好相同。為了區(qū)別起見，a 端和 b 端分別用“-”和“+”號標(biāo)出，但不要將它們誤認(rèn)為電壓參考方向的正負(fù)極性。電壓的正負(fù)極性應(yīng)另外標(biāo)出或用箭頭表示。反轉(zhuǎn)放大器和非反轉(zhuǎn)放大器如下圖：

一般可將運(yùn)放簡單地視為：具有一個(gè)信號輸出端口（Out）和同相、反相兩個(gè)高阻抗輸入端的高增益直接耦合電壓放大單元，因此可采用運(yùn)放制作同相、反相及差分放大器。

運(yùn)放的供電方式分雙電源供電與單電源供電兩種。對于雙電源供電運(yùn)放，其輸出可在零電壓兩側(cè)變化，在差動(dòng)輸入電壓為零時(shí)輸出也可置零。采用單電源供電的運(yùn)放，輸出在電源與地之間的某一范圍變化。

運(yùn)放的輸入電位通常要求高于負(fù)電源某一數(shù)值，而低于正電源某一數(shù)值。經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的運(yùn)放可以允許輸入電位在從負(fù)電源到正電源的整個(gè)區(qū)間變化，甚至稍微高于正電源或稍微低于負(fù)電源也被允許。這種運(yùn)放稱為軌到軌（rail-to-rail）輸入運(yùn)算放大器。

運(yùn)算放大器的輸出信號與兩個(gè)輸入端的信號電壓差成正比，在音頻段有：輸出電壓=A0（E1-E2），其中，A0 是運(yùn)放的低頻開環(huán)增益（如 100dB，即 100000 倍），E1 是同相端的輸入信號電壓，E2 是反相端的輸入信號電壓。

經(jīng)典運(yùn)算放大器電路圖：

圖一運(yùn)放的同向端接地=0V，反向端和同向端虛短，所以也是 0V，反向輸入端輸入電阻很高，虛斷，幾乎沒有電流注入和流出，那么 R1 和 R2 相當(dāng)于是串聯(lián)的，流過一個(gè)串聯(lián)電路中的每一只組件的電流是相同的，即流過 R1 的電流和流過 R2 的電流是相同的。流過 R1 的電流 I1=（Vi-V-）/R1……a 流過 R2 的電流 I2=（V--Vout）/R2……bV-=V+=0……cI1=I2……d 求解上面的初中代數(shù)方程得 Vout=（-R2/R1）*Vi 這就是傳說中的反向放大器的輸入輸出關(guān)系式了。

圖二中 Vi 與 V- 虛短，則 Vi=V-……a 因?yàn)樘摂?，反向輸入端沒有電流輸入輸出，通過 R1 和 R2 的電流相等，設(shè)此電流為 I，由歐姆定律得：I=Vout/（R1+R2）……bVi 等于 R2 上的分壓，即：Vi=I*R2……c 由 abc 式得。Vout=Vi*（R1+R2）/R2 這就是傳說中的同向放大器的公式了。

圖三中，由虛短知：V-=V+=0……a 由虛斷及基爾霍夫定律知，通過 R2 與 R1 的電流之和等于通過 R3 的電流，故（V1–V-）/R1+（V2–V-）/R2=（Vout–V-）/R3……b 代入 a 式，b 式變?yōu)?V1/R1+V2/R2=Vout/R3 如果取 R1=R2=R3，則上式變?yōu)?Vout=V1+V2，這就是傳說中的加法器了。

圖四。因?yàn)樘摂?，運(yùn)放同向端沒有電流流過，則流過 R1 和 R2 的電流相等，同理流過 R4 和 R3 的電流也相等。故（V1–V+）/R1=（V+-V2）/R2……a（Vout–V-）/R3=V-/R4……b 由虛短知：V+=V-……c 如果 R1=R2，R3=R4，則由以上式子可以推導(dǎo)出 V+=（V1+V2）/2V-=Vout/2 故 Vout=V1+V2 也是一個(gè)加法器。

二、放大電路介紹

放大電路亦稱為放大器，它是使用最為廣泛的電子電路之一、也是構(gòu)成其他電子電路的基礎(chǔ)單元電路。所謂放大，就是將輸入的微弱信號（簡稱信號，指變化的電壓、電流等）放大到所需要的幅度值且與原輸入信號變化規(guī)律一致的信號，即進(jìn)行不失真的放大。只有在不失真的情況下放大才有意義。放大電路的本質(zhì)是能量的控制和轉(zhuǎn)換，根據(jù)輸入回路和輸出回路的公共端不同，放大電路有三種基本形式：共射放大電路、共集放大電路和共基放大電路。

實(shí)際的放大電路通常是由信號源、晶體三極管構(gòu)成的放大器及負(fù)載組成。

放大電路特點(diǎn)：

1、有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種工作狀態(tài)，所以有時(shí)往往要畫出它的直流通路和交流通路才能進(jìn)行分析；

2、電路往往加有負(fù)反饋，這種反饋有時(shí)在本級內(nèi)，有時(shí)是從后級反饋到前級，所以在分析這一級時(shí)還要能“瞻前顧后”。在弄通每一級的原理之后就可以把整個(gè)電路串通起來進(jìn)行全面綜合。

三極管放大電路圖：

這是一個(gè)典型的三極管放大電路。從上面可看出電流的流向。各偏置電阻的作用。

三、運(yùn)算放大器和放大電路有何區(qū)別

放大電路僅放大作用。一般用于各種檢測裝置的模擬信號放大。當(dāng)然，有的模擬放大電路也可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)算邏輯功能。放大電路輸出的是模擬量。

運(yùn)算放大器一般是芯片集成的，一塊芯片里集成了多個(gè)運(yùn)算放大器。運(yùn)算放大器也叫比較器。可以用作信號的比較和放大。輸出的是數(shù)字量。運(yùn)算放大器有正負(fù)兩信號入口。正信號端，輸入是什么信號，輸出也是什么信號。負(fù)信號輸入端則相反，比如負(fù)信號端輸入正信號，輸出端相反，是負(fù)信號。

如 36V 電動(dòng)車用四個(gè)燈來顯示電量，給運(yùn)算放大器芯片供電 5V。制造幾個(gè)固定電壓，電壓分別是 40，38，36，34。分別接到有個(gè)四運(yùn)放的芯片的四個(gè)負(fù)輸入端，四個(gè)正信號輸入端接電瓶取樣，當(dāng)電瓶電壓大于 40V 時(shí)，那么那個(gè)運(yùn)算放大器輸出高電平，指示燈亮，當(dāng)?shù)陀?40V 時(shí)，正信號輸入端低于負(fù)信號輸入端，輸出低電平指示燈不亮了。其它三組運(yùn)算放大器同理。而普通放大電路，不會有輸入端信號電壓高于輸出信號的這種情況。

另外把運(yùn)算放大器的輸入端，一端作為信號地，另一端接輸入信號?？梢援?dāng)放大器用。如功放前級。放大電路可以理解為一個(gè)運(yùn)算放大器。

兩種電路首先是電路原理有差異。有些電路既用三極管放大，又用運(yùn)放，是因?yàn)檩斎胄盘栯妷翰荒苤苯釉谶\(yùn)算放大器上工作。

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