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。運(yùn)算放大器是運(yùn)用得非常廣泛的一種線性集成電路。而且種類繁多,在運(yùn)用方面不但可對微弱信號進(jìn)行放大,還可做為反相、電壓 跟隨器,可對電信號做加減法運(yùn)算,所以被稱為運(yùn)算放大器。不但其他地方應(yīng)用廣泛,在音響方面也使用得最多。例如前級放大、 緩沖,耳機(jī)放大器除了有部分使用分立元件,電子管外,絕大部分使用的還是集成運(yùn)算放大器。而有時候還會用到穩(wěn)壓電路上,制作高精度的穩(wěn)壓濾波電路。
人們用的最熟悉和用得最多的音頻處理電路就是普通的運(yùn)算放大器。一般可將運(yùn)放簡單地視為:具有一個信號輸出端口(Out)和同相、反相兩個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)算放大器是用途廣泛的器件,接入適當(dāng)?shù)姆答伨W(wǎng)絡(luò),可用作精密的交流和直流放大器、有源濾波器、振蕩器及電壓比較器。
它由輸入級、中間級、輸出級和偏置電路等四部分構(gòu)成。它有兩個輸入端,一個輸出端。
輸入級:又稱前置級,它往往是一個雙端輸入的高性能差分放大電路。一般要求其輸入電阻高,差模放大倍數(shù)大,抑制共模信號的能力強(qiáng),靜態(tài)電流小。
中間級:整個放大電路的主放大器,其作用是使集成運(yùn)放具有較強(qiáng)的放大能力,多采用共射放大電路。
輸出級:具有輸出電壓線性范圍寬、輸出電阻小、非線性失真小等特點(diǎn),多采用互補(bǔ)輸出電路。
偏置電路:用于設(shè)置集成運(yùn)放各級放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn),多采用電流源電路。
運(yùn)算放大器的作用就是放大信號。傳感器+運(yùn)算放大器+ADC+處理器是運(yùn)算放大器的典型應(yīng)用電路,此電路對于微弱信號的放大,只用單個放大器難以達(dá)到好的效果,必須使用一些較特別的方法和傳感器激勵手段,而使用同步檢測電路結(jié)構(gòu)可以得到非常好的測量效果。這種同步檢測電路類似于鎖相放大器結(jié)構(gòu),包括傳感器的方波激勵,電流轉(zhuǎn)電壓放大器,和同步解調(diào)三部分。需要注意的是電流轉(zhuǎn)電壓放大器需選用輸入偏置電流極低的運(yùn)放。
一般可將運(yùn)放簡單地視為:具有一個信號輸出端口(Out)和同相、反相兩個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,在差動輸入電壓為零時輸出也可置零。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。
由于早期應(yīng)用于模擬計算機(jī)中,用以實現(xiàn)數(shù)學(xué)運(yùn)算,故得名“運(yùn)算放大器”。運(yùn)放是一個從功能的角度命名的電路單元,可以由分立的器件實現(xiàn),也可以實現(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。
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