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运算放⼤器参数详解

运算放⼤器参数详解

技术2010-12-1922:05:36阅读80评论0字号：⼤中⼩订阅

运算放⼤器（常简称为运放“”）是具有很⾼放⼤倍数的电路单元。在实际电路中，通常结合反馈⽹络共同组成某种功能模块。

由于早期应⽤于模拟计算机中，⽤以实现数学运算，故得名运算放⼤器“”，此名称⼀直延续⾄今。运放是⼀个从功能的⾓度命

名的电路单元，可以由分⽴的器件实现，也可以实现在半导体芯⽚当中。随着半导体技术的发展，如今绝⼤部分的运放是以单

⽚的形式存在。现今运放的种类繁多，⼴泛应⽤于⼏乎所有的⾏业当中。

历史

直流放⼤电路在⼯业技术领域中，特别是在⼀些测量仪器和⾃动化控制系统中应⽤⾮常⼴泛。如在⼀些⾃动控制系统中，⾸先

要把被控制的⾮电量（如温度、转速、压⼒、流量、照度等）⽤传感器转换为电信号，再与给定量⽐较，得到⼀个微弱的偏差

信号。因为这个微弱的偏差信号的幅度和功率均不⾜以推动显⽰或者执⾏机构，所以需要把这个偏差信号放⼤到需要的程度，

再去推动执⾏机构或送到仪表中去显⽰，从⽽达到⾃动控制和测量的⽬的。因为被放⼤的信号多数变化⽐较缓慢的直流信号，

分析交流信号放⼤的放⼤器由于存在电容器这样的元件，不能有效地耦合这样的信号，所以也就不能实现对这样信号的放⼤。

能够有效地放⼤缓慢变化的直流信号的最常⽤的器件是运算放⼤器。运算放⼤器最早被发明作为模拟信号的运算（实现加减乘

除⽐例微分积分等）单元，是模拟电⼦计算机的基本组成部件，由真空电⼦管组成。⽬前所⽤的运算放⼤器，是把多个晶体管

组成的直接耦合的具有⾼放⼤倍数的电路，集成在⼀块微⼩的硅⽚上。

第⼀块集成运放电路是美国仙童（fairchild）公司发明的µA741，在60年代后期⼴泛流⾏。直到今天µA741仍然是各⼤学电⼦

⼯程系中讲解运放原理的典型教材。

原理

运放如上图有两个输⼊端a,b和⼀个输出端o.也称为倒向输⼊端(反相输⼊端),⾮倒向输⼊端(同相输⼊端)和输出端.当电压加U-加

在a端和公共端(公共端是电压的零位,它相当于电路中的参考结点.)之间,且其实际⽅向从a端指向公共端时,输出电压U实际⽅向

则⾃公共端指向o端,即两者的⽅向正好相反.当输⼊电压U+加在b端和公共端之间,U与U+两者的实际⽅向相对公共端恰好相同.

为了区别起见,a端和b端分别⽤-和+号标出,但不要将它们误认为电压参考⽅向的正负极性.电压的正负极性应另外标出或⽤

箭头表⽰.反转放⼤器和⾮反转放⼤器如下图：

⼀般可将运放简单地视为：具有⼀个信号输出端⼝（Out）和同相、反相两个⾼阻抗输⼊端的⾼增益直接耦合电压放⼤单元，

因此可采⽤运放制作同相、反相及差分放⼤器。

运放的供电⽅式分双电源供电与单电源供电两种。对于双电源供电运放，其输出可在零电压两侧变化，

在差动输⼊电压为零时输出也可置零。采⽤单电源供电的运放，输出在电源与地之间的某⼀范围变化。

运放的输⼊电位通常要求⾼于负电源某⼀数值，⽽低于正电源某⼀数值。经过特殊设计的运放可以允许输⼊电位在从负电源到

正电源的整个区间变化，甚⾄稍微⾼于正电源或稍微低于负电源也被允许。这种运放称为轨到轨（rail-to-rail）输⼊运算放⼤

器。

运算放⼤器的输出信号与两个输⼊端的信号电压差成正⽐，在⾳频段有：输出电压=A0（E1-E2），其中，A0是运放的低频

开环增益（如100dB，即100000倍），E1是同相端的输⼊信号电压，E2是反相端的输⼊信号电压。

dB

dB(Decibel，分贝)是⼀个纯计数单位，本意是表⽰两个量的⽐值⼤⼩，没有单位。在⼯程应⽤中经常看到貌似不同的定义⽅

式（仅仅是看上去不同）。对于功率，dB=10*lg(A/B)。对于电压或电流，dB=20*lg(A/B)。此处A，B代表参与⽐较的功率

值或者电流、电压值。dB的意义其实再简单不过了，就是把⼀个很⼤（后⾯跟⼀长串0的）或者很⼩（前⾯有⼀长串0的）的

数⽐较简短地表⽰出来。

如（此处以功率为例）：

X=100000=10^5

X(dB)=10*lg(X)dB=10*lg(10^5)dB=50dB

X=0.000000000000001=10^-15

X(dB)=10*lg(X)dB=10*lg(10^-15)dB=-150dB

⼀般来讲，在⼯程中，dB和dB之间只有加减，没有乘除。⽽⽤得最多的是减法：dBm减dBm实际上是两个功率相除，信号

功率和噪声功率相除就是信噪⽐（SNR）。⽐如：30dBm-0dBm=1000mW/1mW