运算放大器基础知识详解，一文详解运算放大器

很多朋友对运算放大器基础知识详解，一文详解运算放大器不是很了解，六月小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

运算放大器是一种可以进行数学运算的放大电路。运算放大器不仅可以通过增加或减少模拟输入信号来实现放大，还可以进行加、减、微积分等运算。

因此，运算放大器是一种用途广泛、使用方便的集成电路。图1：运算放大器的电路符号如图1所示，运算放大器的电路符号有两个输入引脚，同相输入端Vin(+)和反相输入端Vin(-)，以及一个输出引脚Vout。

事实上，运放还有电源引脚（+电源、-电源）和偏移输入引脚等，电路符号上没有标出。运算放大器的主要作用是放大并输出高增益的两个模拟信号之间的差异。

我们把放大2个输入电压之差的运算放大器称为差分放大器。当Vin (+) 电压高时，输出被正放大。

当Vin (-) 电压为高电平时，输出被负放大。另外，运算放大器的特点是输入阻抗极大，输出阻抗极小。

即使输入信号的差异很小，由于运算放大器的放大倍数极高，也会导致输出最大或最小电压值。因此，常在加入负反馈后使用。

让我们看一下使用负反馈的放大器电路。运算放大器基础知识（一）——反相放大电路如图2所示，反相放大电路具有放大输入信号和反相输出的功能。

“反转”是正反转的意思。该放大器采用负反馈技术。

所谓负反馈就是将输出信号的一部分返回给输入。在图2所示电路中，输出Vout通过R2连接（返回）到反相输入端（-）的连接方式为负反馈。

我们来看看这个反相放大电路的工作过程。运算放大器具有以下特点。

当电源电压没有施加到输出端时，同相输入端（+）和反相输入端（-）被认为施加了相同的电压，也就是说，它可以被认为是一个虚拟短路。因此，当正相输入端（+）为0V时，A点电压也为0V。

根据欧姆定律可以得出I1=Vin/R1通过R1。图2：反相放大器电路另外，运放的输入阻抗极高，反相输入端（-）基本没有电流。

因此，当I1经A点流向R2时，I1和I2的电流基本相等。由以上条件，对R2使用欧姆定律，可得Vout=-I1R2。

I1 为负，因为I2 从电压为0V 的A 点流出。从另一个角度看，当反相输入端（-）的输入电压升高时，输出会反相并在负方向上被大幅度放大。

由于负方向的输出电压通过R2连接到反相输入端，反相输入端(-)的电压上升将被阻断。反相输入端和同相输入端电压均变为0V，输出电压稳定。

然后我们通过这个放大器电路中输入和输出之间的关系来计算增益。增益为Vout与Vin之比，即Vout/Vin=(-I1R2)/(I1R1)=-R2/R1。

得到的增益是- 表明波形是反转的。在此等式中需要注意的重要一点是，增益仅由R1 和R2 电阻器的比率决定。

那是。我们可以很容易地通过改变电阻来改变增益。

在高增益的运算放大器上施加负反馈，通过调整电阻值，即可得到所需的增益电路。运算放大器基础知识（二）——非反相放大电路与反相放大电路相反，图3所示的电路称为非反相放大电路。

与反相放大电路最大的区别在于，在同相放大电路中，输入波形和输出波形的相位相同，输入信号加在同相输入端（+）。与反相放大器电路一样，这两个电路都利用负反馈。

让我们来看看这个电路是如何工作的。首先，通过虚短路，使正相输入端(+)和反相输入端(-)的电压均为Vin，即A点电压为Vin。

根据欧姆定律，Vin=R1I1。另外，运放的两个输入端基本没有电流，所以I1=I2。

而Vout是R1和R2的电压之和，即Vout=R2I2+R1I1。将上式整理即可得到增益G，即G=Vout/Vin=(1+R2/R1)。

图3：非反相放大器电路如果取消该电路中的R1，将R2的阻值改为0或短接，则该电路成为增益为1的电压跟随器。这种电路常用于阻抗变换和缓冲器。

输入值的确定- 比较器Comparator也可以称为比较器，它比较两个电压的大小，然后输出1（+侧电源电压，显示为VDD）或0（-侧电源电压）。比较器常用于检测输入是否达到指定值。

也可以用运算放大器代替比较器，但一般使用专用的比较器IC。比较器和运算放大器使用相同的电路符号。

比较器电路如图4所示。我们来看看这个电路是如何工作的。

首先应该注意的是，该电路中没有正反馈或负反馈。放大Vin与VREF之差，从Vout输出。

例如，当Vin大于VREF时，放大输出的Vout上升到+侧的电源电压而饱和。当Vin 小于VREF 时，输出Vout 下降，直到- 侧电源电压达到饱和。

通过这个动作，Vin 和VREF 的比较结果输出到Vout。在实际应用中，图4中的电路一般会产生迟滞（用来防止误操作的电压场）。

如图5所示，Vin会产生一些噪声，但仍能稳定工作。图4：比较器电路图5：具有迟滞的比较器电路使用正反馈的振荡电路在负反馈作用中，从输出返回到输入的信号越大，输出越小。

相反，在正反馈中，从输出返回到输入的信号越大，输入就越大。当正反馈作用增益大于1时，电路产生振荡。

在电路中合理利用这种振荡就构成了振荡电路。图6中的不稳定多谐振荡器是一个振荡电路。

图6：不稳定的多谐振荡器电路+侧的最大值VL和-侧的最大值VL都是不稳定的，两个值都在不断变化，所以称为不稳定。让我们来看看这个电路中的动作。

首先，输出Vout通过R2反馈到同相输入端（+），R2为正反馈电路。然后在输入Vout上加上R3和C，这是一个积分电路。

你可能认为集成电路很难。其实我们可以简单的理解为一个过程电路，Vout上输出的电压有一部分慢慢存储到电容中。

在初始状态下，Vout通过正反馈电路迅速增加并达到最大值（VL）。然后，通过R3和C组成的积分电路，慢慢增大反相输入端（-）。

经过一定时间后，正输入端（+）的电压超过负输入端（-）的电压，相当于在差分输入端输入了一个负电压，Vout迅速上升到-VL on消极的一面。 Vout变为负值，反相输入端（-）电压通过R3和C组成的积分电路逐渐升高，经过一定时间后，反相输入端电压超过同相输入端电压(+)端，相当于在差分输入端输入正电压，Vout正向快速变化。

这个过程不断重复，VL和-VL交替出现在Vout上，从而实现振荡电路动作。责任编辑：CC。

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