可靠的运算放大器(运放)

人们还在使用运算放大器吗？

几年前在一个贸易展览会上工作时，有人问我，“人们还在使用运算放大器吗？” 我忍不住笑了，因为运算放大器市场估计超过 30 亿美元并且还在增长。但对提问者而言，久经考验的运算放大器已经存在了很长时间，虽然它在工艺技术、增强架构和设计技术方面经历了改进，但它们在根本上是相同的。鉴于运算放大器无处不在，让我们退后一步，回顾一下运算放大器的元件，以及为什么它在当今的电子产品中仍然如此有用。

运算放大器是一种电子设备，它使用两个输入（反相输入和同相输入）、输出和双电源，如下图中的原理图符号所示。

运算放大器放大两个输入信号之间的差异以产生输出信号。理想的运算放大器是具有以下特征的理论设备：

• 无限开环增益：输出电压等于输入电压之差乘以无穷大。这种特性允许运算放大器放大即使是最小的输入信号。

• 无限输入阻抗：它不从输入源吸取电流。这允许运算放大器与高阻抗源一起使用，例如传感器和换能器，而不会影响输入信号。

• 零输出阻抗：可以驱动任何负载而不影响输出电压。这一特性使运算放大器非常适合驱动扬声器等低阻抗负载。

• 无限带宽：可以放大任何频率的信号。这一特性使得运算放大器可以用于需要高频放大的应用中，例如射频放大器。

• 零输入失调电压：当输入电压相等时，输出电压将为零。此特性使运算放大器可用于需要精确信号处理的应用中。

• 无限转换率：可即时响应输入信号的变化。这一特性使运算放大器可用于需要快速信号处理的应用，例如高速数据传输。

虽然在现实世界中没有运算放大器能够满足所有这些理想特性，但现代运算放大器几乎可以满足其中的许多特性。考虑到设备的实际限制，设计人员选择最适合其特定应用要求的运算放大器。

如前所述，运算放大器继续用于广泛的电子产品中。运算放大器的一些最常见应用如下：

• 放大器：运算放大器可用作电压放大器以增加输入信号的幅度。放大器的增益由反馈电阻和输入电阻的比率决定。

• 滤波器：运算放大器可用于构建各种滤波器，包括高通、低通、带通和带阻滤波器。这些滤波器用于从信号中去除不需要的频率。

• 比较器：运算放大器可用作比较器来比较两个电压并产生指示哪个电压较高的输出信号。这在电平检测、阈值检测和脉宽调制等应用中很有用。

• 振荡器：运算放大器可用于构建在特定频率下产生正弦波形的振荡器。运放振荡器有多种类型，例如文氏电桥、相移和晶体振荡器。

• 电压调节器：运算放大器可用于构建电压调节器，无论输入电压或负载如何变化，都能保持恒定的输出电压。稳压器用于各种电子设备，例如电源、音频放大器和电机控制器。

• 仪表放大器：运算放大器可用于构建放大非常小的信号（例如来自传感器或换能器的信号）的仪表放大器。仪表放大器具有高输入阻抗、低输出阻抗和高共模抑制比。

• 积分器和微分器：运算放大器可用作积分器和微分器，对信号执行数学运算。积分器产生与输入信号的积分成正比的输出信号，而微分器产生与输入信号的导数成正比的输出信号。

总体而言，运算放大器是许多电子电路中必不可少的组件，其多功能性和易用性继续使其成为设计师和工程师的热门选择。