經久耐用的運算放大器（運放）：概述

運算放大器仍然是大多數電子系統不可或缺的組件。考慮到運放的廣泛應用，我們回顧一下運算放大器的元件以及為什么在當今的電子產品中仍然很有用。

人們還在使用運算放大器嗎？

多年前在一個貿易展覽會的現場，有人問我：“人們還在使用運放嗎？”我禁不住笑了笑，因為運算放大器的市場規模估計超過 30 億美元，并且還在不斷增長。但是從提問者的觀點來看，經過實踐驗證的運放已經存在已久，雖然由于工藝技術、增強型架構和設計技術的進步，它已有所改進，但本質上仍然相同。考慮到運放的廣泛應用，我們回顧一下運算放大器的元件以及為什么在當今的電子產品中仍然很有用。

運算放大器是一種電子器件，它利用了兩個輸入（一個反相輸入和一個同相輸入）、一個輸出和一個雙電源，如圖 1 的原理圖符號所示。

圖 1：經久耐用的運放

運放將兩個輸入信號之間的差值進行放大，以產生一個輸出信號。理想的運算放大器是具有以下特性的理論器件：

? 無限開環增益：輸出電壓將等于輸入電壓之間的差值乘以無窮大。這種特性讓運放能夠放大小到極致的輸入信號。

? 無限輸入阻抗：它不會消耗輸入源的電流。這樣一來，運放便可與傳感器和變換器等高阻抗源一起使用，而不會影響輸入信號。

? 零輸出阻抗：它可以驅動任何負載而不影響輸出電壓。由于這種特性，運放非常適合驅動低阻抗負載，例如揚聲器。

? 無限帶寬：它可以放大任何頻率的信號。由于這種特性，運放可用于需要高頻放大功能的應用，例如射頻放大器。

? 零輸入失調電壓：當輸入電壓相等時，輸出電壓將為零。由于這種特性，運放可用于需要精確信號處理的應用。

? 無限壓擺率：它可以立即響應輸入信號的變化。由于這種特性，運放可用于需要快速信號處理的應用，例如高速數據傳輸。

雖然在現實世界中，沒有任何一種運放可以滿足上述全部理想特性，但現代運放幾乎可以滿足其中的許多特性。設計人員選擇最能滿足其特定應用需求的運放，同時會考慮器件的實際限制。

如前文所述，運放繼續廣泛應用于各種電子產品。運放最常見的應用包括：

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

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

? 比較器：運放可作為比較器用于比較兩個電壓，并產生一個表示哪個電壓更高的輸出信號。這在電平檢測、閾值檢測和脈寬調制等應用中非常有用。

? 振蕩器：運放可用于構建產生特定頻率的正弦波形的振蕩器。有各種類型的運放振蕩器，例如文氏電橋、相移和晶體振蕩器。

? 穩壓器：運放可用于構建穩壓器，無論輸入電壓或負載如何變化，都能保持恒定的輸出電壓。穩壓器廣泛應用于各種電子設備，例如電源、音頻放大器和電機控制器。
? 儀表放大器：運放可用于構建儀表放大器，放大來自傳感器或變換器的極微小信號。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：運放可作為積分器和微分器用于對信號執行數學運算。積分器產生的輸出信號與輸入信號的積分成正比，而微分器產生的輸出信號與輸入信號的導數成正比。

總之，運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成為設計人員和工程師的普遍選擇。想了解更多關于運放的信息嗎？請查看Microchip 的“運算放大器簡介”。此自學課程涵蓋了基本概念和術語、關鍵規范以及運放特性，并深入研究了常見的實際電路配置。