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運算放大器是什么，該如何選用？
2022-11-30
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運算放大器(Operational Amplifier)又名：運放，內含多級放大電路的電子集成電路，是一種具有很高放大倍數的電路單元。輸入級是差分放大電路，具有高輸入電阻和抑制零點漂移能力；中間級主要進行電壓放大，具有高電壓放大倍數，一般由共射極放大電路構成；輸出極與負載相連，具有帶載能力強、低輸出電阻特點。
運算放大器、比較器的圖解符號
運算放大器的電源引腳名稱示例
電壓控制電壓源放大器模型
集成運算放大器的選擇和使用
運算放大器要求的功能有高輸入電阻（阻抗）和低輸出電阻。 在下圖【電壓控制電壓源放大器模型】中，輸入電壓和輸出電壓的關系如以下公式所示。
信號電壓Vs是通過電阻分壓由信號源電阻Rs和運算放大器的輸入電阻Ri分壓而得，因此衰減的信號被輸入運算放大器。
但是，當Ri遠遠大于Rs(Ri=∞)時，公式的第1項可視作近似于1、Vs=Vi。
關于以下第2項，放大了的輸入電壓AvVi被運算放大器的輸出電阻Ro和負載電阻RL分壓輸出。
此時，當Ro遠遠小于RL(Ro=0)時，第2項可近似于1，信號可在不衰減的狀態下輸出。
這樣的運算放大器被稱為理想運算放大器。
一般希望運算放大器具有高輸入電阻、低輸出電阻，盡量設計為接近理想運算放大器的電路結構。
信號電壓Vs是通過電阻分壓由信號源電阻Rs和運算放大器的輸入電阻Ri分壓而得，因此衰減的信號被輸入運算放大器。
但是，當Ri遠遠大于Rs(Ri=∞)時，公式的第1項可視作近似于1、Vs=Vi。
關于以下第2項，放大了的輸入電壓AvVi被運算放大器的輸出電阻Ro和負載電阻RL分壓輸出。
此時，當Ro遠遠小于RL(Ro=0)時，第2項可近似于1，信號可在不衰減的狀態下輸出。
這樣的運算放大器被稱為理想運算放大器。
一般希望運算放大器具有高輸入電阻、低輸出電阻，盡量設計為接近理想運算放大器的電路結構。
運算放大器按其放大率放大引腳間的電壓差，因此輸出電壓表示如下。
當運算放大器的開放增益Av足夠大時，可視為左邊近似于0、Vs=VOUT。
增益較低時，公式左邊不可近似于0，這樣，輸出電壓會發生誤差。
之所以希望運算放大器有高開放增益，是因為通過該增益可盡量縮小輸出電壓誤差。
高開放增益從其他角度來看，意味著應盡量減小+輸入引腳和-輸入引腳間的電位差。即，開放增益越大，VIN+=VIN-的關系成立的可能性就越大。該+輸入引腳和-輸入引腳的電位基本相等的關系被稱為虛短、虛斷或虛擬接地。
構成負反饋電路使用時，該關系成立，可利用虛擬接地的特性設計應用電路。
集成運算放大器的選擇和使用
集成運算放大器類別、品種很多，應根據實際使用要求合理選擇，規范使用。
(1)盡量選用通用型集成運算放大器。當一個系統中使用多個運算放大器時，盡可能選用多運算放大器集成電路，例如LM324、LF347等都是將4個運算放大器封裝在一起的集成電路。
(2)實際選擇集成運算放大器時，還要考慮信號源的性質（是電壓源還是電流源）、負載的性質、集成運算放大器輸出電壓和電流是否滿足要求、環境條件，集成運算放大器允許工作范圍、工作電壓范圍、功耗與體積等因素是否滿足要求。例如：對于放大音頻、視頻等交流信號的電路，選用轉換速率大的運算放大器比較合適；對于處理微弱直流信號的電路，選用精度比較高的運算放大器比較合適（即失調電流、失調電壓及溫漂均比較小）。
(3)使用前要了解集成運算放大器的類別及電參數，弄清楚封裝形式、外引線排法、引腳接線、供電電壓范圍等。
(4)消振網絡應按要求接好，在能消振的前提下兼顧帶寬。
(5)集成運算放大器是電子電路的核心，為了減少損壞，應采取適當的保護措施。
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