operational amplifier,模拟电路时代使用运算放大器实现数学运算,因此得名。
现代运算放大器多可采用单/双电源供电,有一个同相输入端,一个反相输入端,一个输出端。输出电压=(同相输入端电压-反向输入端电压)×放大倍数。放大倍数可达数十万。
分析方法
虚短:
运放的两个输入端电压相同,可认为是短接(实际不是)。
虚断:
电流不会从输入端流入运放,相当于断路。
运放只有在负反馈时才有虚短和虚断
如果正负极对调后仍构成负反馈,则分析结果仍成立,但是这样的例子不多。
负反馈时,运放工作在线性区。运放的输出结果是两个输入端很小很小的电压差经过几十万倍的放大,小到忽略不记,因此称作虚短。因为运放的输入阻抗远高于反馈通路阻抗,大多数电流随着反馈走到了输出端,只有很小很小的电流进入了运放,因此称为虚断。
如果运放工作在非线性区,因为输入阻抗高,只有虚断的特点。
主要应用
运算器、比较器、有源滤波器
电压跟随器
输出经过电阻连接反相输入端,输出电压跟随同相输入端
电压跟随器可起到隔离或提高带负载能力的作用
反相放大器
输入电压经过电阻R1连接至反相输入端,输出通过电阻R2连接至反相输入端。若同相输入端接地,则输出电压为-R2/R1;若同相输入端电压为U,则输出为U-R2/R1(同相输出端提供偏压)
常用型号
LM358
集成两个独立运算放大器
单/双电源工作
宽电源电压(单电源330V 双电源±1.5±15V)
输出电压最高只能到VCC-0.7v~VCC-1v左右
若需输出电压接近电源电压,需要使用轨到轨(rail-to-rail)运放,如LMV358,此类运放通常只能工作在较低电压。
μA741(不常用型号)
已被淘汰的经典运放
设计细节
同相比例反馈电阻上并联电容可防止自激。
积分器的积分电容上并联电阻防止电压失控
其他
比较器可作为运算放大器的一个应用,也有专门的比较器芯片。后者不能当作运算放大器使用。专门的比较器芯片(如LM393)内部无相位补偿电路,翻转速度相较运算放大器快很多。