簡單了解運算放大器...

運算放大器發明至今已有數十年的歷史，從最早的真空管演變為如今的集成電路，它在不同的電子產品中一直發揮著舉足輕重的作用。而現如今信息家電、手機、PDA、網絡等新興應用的興起更是將運算放大器推向了一個新的高度。

01 運算放大器簡述

運算放大器（簡稱“運放”）是具有很高放大倍數的電路單元。在實際電路中，通常結合反饋網絡共同組成某種功能模塊。它是一種帶有特殊耦合電路及反饋的放大器。其輸出信號可以是輸入信號加、減或微分、積分等數學運算的結果。

由于早期應用于模擬計算機中，用以實現數學運算，故得名“運算放大器”。運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，也可以實現在半導體芯片當中。隨著半導體技術的發展，大部分的運放是以單芯片的形式存在。運放的種類繁多，廣泛應用于電子行業當中。

02 運算放大器發展史

1941年

1941年：貝爾實驗室的Karl D. Swartzel Jr.發明了真空管組成的第一個運算放大器，并取得美國專利2,401,779，命名為“Summing Amplifier”;

1952年

1952年：首次作為商業產品販售的運算放大器是George A. Philbrick Researches（GAP/R）公司的真空管運算放大器，型號K2-W;

1963年

1963年：第一個以集成電路單一芯片形式制成的運算放大器是Fairchild Senmiconductors的Bob Widlar所設計的μA702,1965年經改后推出μA709；

1968年

1968年：Fairchild半導體公司推出的μA741。迄今為止仍然在生產使用，他是有史以來最成功的運算放大器，也是極少數最長壽的IC型號之一。

03 運算放大器的必讀基本知識

運算放大器具有兩個輸入端和一個輸出端，如下圖所示，其中標有“+”號的輸入端為“同相輸入端”而不能叫做正端)，另一只標有“一”號的輸入端為“反相輸入端”同樣也不能叫做負端，如果先后分別從這兩個輸入端輸入同樣的信號，則在輸出端會得到電壓相同但極性相反的輸出信號：輸出端輸出的信號與同相輸人端的信號同相，而與反相輸入端的信號反相。

運算放大器所接的電源可以是單電源的，也可以是雙電源的，如下圖所示。

運算放大器有一些非常有意思的特性，靈活應用這些特性可以獲得很多獨特的用途，總的來說，這些特性可以綜合為兩條：

1、運算放大器的放大倍數為無窮大。

2、運算放大器的輸入電阻為無窮大，輸出電阻為零。

現在我們來簡單地看看由于上面的兩個特性可以得到一些什么樣的結論。

首先，運算放大器的放大倍數為無窮大，所以只要它的輸入端的輸入電壓不為零，輸出端就會有與正的或負的電源一樣高的輸出電壓本來應該是無窮高的輸出電壓，但受到電源電壓的限制。準確地說，如果同相輸入端輸入的電壓比反相輸入端輸入的電壓高，哪怕只高極小的一點，運算放大器的輸出端就會輸出一個與正電源電壓相同的電壓;反之，如果反相輸入端輸入的電壓比同相輸人端輸入的電壓高，運算放大器的輸出端就會輸出一個與負電源電壓相同的電壓(如果運算放大器用的是單電源，則輸出電壓為零)。

其次，由于放大倍數為無窮大，所以不能將運算放大器直接用來做放大器用，必須要將輸出的信號反饋到反相輸入端(稱為負反饋)來降低它的放大倍數。如圖1-3中左圖所示，R1的作用就是將輸出的信號返回到運算放大器的反相輸入端，由于反相輸入端與輸出的電壓是相反的，所以會減小電路的放大倍數，是一個負反饋電路，電阻Rf也叫做負反饋電阻。

還有，由于運算放大器的輸入為無窮大，所以運算放大器的輸入端是沒有電流輸入的——它只接受電壓。同樣，如果我們想象在運算放大器的同相輸入端與反相輸入端之間是一只無窮大的電阻，那么加在這個電阻兩端的電壓是不能形成電流的，沒有電流，根據歐姆定律，電阻兩端就不會有電壓，所以我們又可以認為在運算放大器的兩個輸人端電壓是相同的(電壓在這種情況就有點像用導線將兩個輸入端短路，所以我們又將這種現象叫做“虛短”)。