經(jīng)久耐用的運(yùn)算放大器（運(yùn)放）：概述

運(yùn)算放大器仍然是大多數(shù)電子系統(tǒng)不可或缺的組件。考慮到運(yùn)放的廣泛應(yīng)用，我們回顧一下運(yùn)算放大器的元件以及為什么在當(dāng)今的電子產(chǎn)品中仍然很有用。

人們還在使用運(yùn)算放大器嗎？

多年前在一個(gè)貿(mào)易展覽會(huì)的現(xiàn)場(chǎng)，有人問(wèn)我：“人們還在使用運(yùn)放嗎？”我禁不住笑了笑，因?yàn)檫\(yùn)算放大器的市場(chǎng)規(guī)模估計(jì)超過(guò) 30 億美元，并且還在不斷增長(zhǎng)。但是從提問(wèn)者的觀點(diǎn)來(lái)看，經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證的運(yùn)放已經(jīng)存在已久，雖然由于工藝技術(shù)、增強(qiáng)型架構(gòu)和設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)步，它已有所改進(jìn)，但本質(zhì)上仍然相同?？紤]到運(yùn)放的廣泛應(yīng)用，我們回顧一下運(yùn)算放大器的元件以及為什么在當(dāng)今的電子產(chǎn)品中仍然很有用。

運(yùn)算放大器是一種電子器件，它利用了兩個(gè)輸入（一個(gè)反相輸入和一個(gè)同相輸入）、一個(gè)輸出和一個(gè)雙電源，如圖 1 的原理圖符號(hào)所示。

圖 1：經(jīng)久耐用的運(yùn)放

運(yùn)放將兩個(gè)輸入信號(hào)之間的差值進(jìn)行放大，以產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)。理想的運(yùn)算放大器是具有以下特性的理論器件：

? 無(wú)限開(kāi)環(huán)增益：輸出電壓將等于輸入電壓之間的差值乘以無(wú)窮大。這種特性讓運(yùn)放能夠放大小到極致的輸入信號(hào)。

? 無(wú)限輸入阻抗：它不會(huì)消耗輸入源的電流。這樣一來(lái)，運(yùn)放便可與傳感器和變換器等高阻抗源一起使用，而不會(huì)影響輸入信號(hào)。

? 零輸出阻抗：它可以驅(qū)動(dòng)任何負(fù)載而不影響輸出電壓。由于這種特性，運(yùn)放非常適合驅(qū)動(dòng)低阻抗負(fù)載，例如揚(yáng)聲器。

? 無(wú)限帶寬：它可以放大任何頻率的信號(hào)。由于這種特性，運(yùn)放可用于需要高頻放大功能的應(yīng)用，例如射頻放大器。

? 零輸入失調(diào)電壓：當(dāng)輸入電壓相等時(shí)，輸出電壓將為零。由于這種特性，運(yùn)放可用于需要精確信號(hào)處理的應(yīng)用。

? 無(wú)限壓擺率：它可以立即響應(yīng)輸入信號(hào)的變化。由于這種特性，運(yùn)放可用于需要快速信號(hào)處理的應(yīng)用，例如高速數(shù)據(jù)傳輸。

雖然在現(xiàn)實(shí)世界中，沒(méi)有任何一種運(yùn)放可以滿足上述全部理想特性，但現(xiàn)代運(yùn)放幾乎可以滿足其中的許多特性。設(shè)計(jì)人員選擇最能滿足其特定應(yīng)用需求的運(yùn)放，同時(shí)會(huì)考慮器件的實(shí)際限制。

如前文所述，運(yùn)放繼續(xù)廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品。運(yùn)放最常見(jiàn)的應(yīng)用包括：

放大器：運(yùn)放可作為電壓放大器用于增大輸入信號(hào)的幅值。放大器的增益由
反饋和輸入電阻的比例決定。

? 濾波器：運(yùn)放可用于構(gòu)建各種濾波器，包括高通、低通、帶通和帶阻濾波器。這些濾波器用于從信號(hào)中去除不需要的頻率。

? 比較器：運(yùn)放可作為比較器用于比較兩個(gè)電壓，并產(chǎn)生一個(gè)表示哪個(gè)電壓更高的輸出信號(hào)。這在電平檢測(cè)、閾值檢測(cè)和脈寬調(diào)制等應(yīng)用中非常有用。

? 振蕩器：運(yùn)放可用于構(gòu)建產(chǎn)生特定頻率的正弦波形的振蕩器。有各種類(lèi)型的運(yùn)放振蕩器，例如文氏電橋、相移和晶體振蕩器。

? 穩(wěn)壓器：運(yùn)放可用于構(gòu)建穩(wěn)壓器，無(wú)論輸入電壓或負(fù)載如何變化，都能保持恒定的輸出電壓。穩(wěn)壓器廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備，例如電源、音頻放大器和電機(jī)控制器。
? 儀表放大器：運(yùn)放可用于構(gòu)建儀表放大器，放大來(lái)自傳感器或變換器的極微小信號(hào)。儀表放大器具有高輸入阻抗、低輸出阻抗和高共模抑制比。

? 積分器和微分器：運(yùn)放可作為積分器和微分器用于對(duì)信號(hào)執(zhí)行數(shù)學(xué)運(yùn)算。積分器產(chǎn)生的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的積分成正比，而微分器產(chǎn)生的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的導(dǎo)數(shù)成正比。

總之，運(yùn)放是許多電子電路中的重要組成部分，其多功能性和易用性使其繼續(xù)成為設(shè)計(jì)人員和工程師的普遍選擇。想了解更多關(guān)于運(yùn)放的信息嗎？請(qǐng)查看Microchip 的“運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介”。此自學(xué)課程涵蓋了基本概念和術(shù)語(yǔ)、關(guān)鍵規(guī)范以及運(yùn)放特性，并深入研究了常見(jiàn)的實(shí)際電路配置。