? 運(yùn)算放大器（Operational Amplifier）是集成電路家族里用途最廣的芯片種類之一，也是各大模擬半導(dǎo)體廠商的必備產(chǎn)品。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，運(yùn)算放大器就是一個(gè)低頻及中頻電子信號(hào)放大器。其基本外形為具有兩個(gè)（同相、反相）高阻輸入端和一個(gè)低阻輸出端。在過(guò)去模擬計(jì)算機(jī)時(shí)代，基本的加法、積分等數(shù)學(xué)運(yùn)算功能都是由這種放大器實(shí)現(xiàn)的，所以稱之為運(yùn)算放大器。

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運(yùn)算放大器的電路符號(hào)如圖1：

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圖1運(yùn)算放大器的電路符號(hào)

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? 運(yùn)算放大器最基本的功能是放大電子信號(hào)，例如一般話筒的輸出電壓通常在微伏級(jí)，這樣的信號(hào)用來(lái)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器顯然是不夠的，這就需要一個(gè)電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。假設(shè)待放大的信號(hào)為500mV，我們需要的信號(hào)為5V，也就是說(shuō)需要增益為10，用運(yùn)放搭一個(gè)如圖2所示的簡(jiǎn)單電路就可以實(shí)現(xiàn)。

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圖2

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? 輸入的小信號(hào)為VIN，放大的輸出信號(hào)為VOUT，增益為G=1+R1/R2，當(dāng)R1/R2=9的時(shí)候。增益就為10。

? 其推導(dǎo)過(guò)程也十分簡(jiǎn)單。利用運(yùn)放閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)的“虛短”、“虛斷”原理，設(shè)運(yùn)放增益為A， 因?yàn)檫\(yùn)放的輸入端口為高阻態(tài)，我們可理解為開(kāi)路，

? 得出：VOUT=A *｛VIN-R２/(R２＋R1) *VOUT}

? 再得：VOUT/VIN=A-AR２/(R２＋R1)*VOUT/VIN

? 得出：VOUT/VIN=1/｛1/A＋R２/(R２＋R1)｝

? 由于A很大，1/A可以忽略，故得出：VOUT/VIN=1＋R1/R2

? 當(dāng)然這個(gè)運(yùn)算放大器的輸出能力也是有上限的，其輸出電壓受到其供電電源的大小限制。假設(shè)運(yùn)放使用+12V和-12V電源，非軌對(duì)軌輸出的運(yùn)放輸出電壓范圍大致在-10V到+10V之間。

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? 本文到目前為止都沒(méi)有談到信號(hào)的頻率，上文所有內(nèi)容都可以理解為在放大一個(gè)直流信號(hào)。事實(shí)上，現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中很多場(chǎng)合是放大交流信號(hào)，交流信號(hào)就必然有頻率。

? 處理交流信號(hào)，我們必須要了解運(yùn)算放大器的一個(gè)重要特性，那就是運(yùn)算放大器的增益是跟信號(hào)頻率成反比的，也就是說(shuō)頻率增大N倍，增益就要減小N倍，所謂10K到1M的增益近乎只能在直流信號(hào)下保持為一個(gè)常數(shù)。

? 以麥克風(fēng)信號(hào)為例，人的聲音頻率為20Hz-20KHz，上限頻率（保持運(yùn)放增益為常數(shù)的頻率）為5Hz，則直流增益從1M下降為100，即下降了10000倍，相應(yīng)的其上限頻率就上升了10000倍，為50KHz，這樣把增益控制在100以下，就可以放大50KHz以下的信號(hào)。

? 以上特性就體現(xiàn)了運(yùn)算放大器中的一個(gè)重要參數(shù)：增益帶寬積GBW，就是中頻增益放大器的帶寬。

? 運(yùn)放組成的電路可以說(shuō)是五花八門(mén)，除了放大電路以外，還可以實(shí)現(xiàn)比較器、施密特觸發(fā)器、ADC/DAC、有源濾波電路等。多個(gè)運(yùn)放組合構(gòu)成的電路，最經(jīng)典的可能就是儀表放大器，生活中常見(jiàn)的電子血壓計(jì)就包含這個(gè)電路。

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? 電子血壓計(jì)中氣壓傳感器獲取的脈搏波信號(hào)通常是毫伏，甚至微伏級(jí)別的模擬信號(hào)，這樣的信號(hào)送給ADC肯定是不行的，必須經(jīng)過(guò)放大處理，一般采用儀表放大器電路（如圖3，其實(shí)質(zhì)為3個(gè)運(yùn)放構(gòu)成），這種電路在儀表應(yīng)用中非常普遍，具有很高的共模抑制比。差分放大結(jié)構(gòu)也可以完美匹配橋式測(cè)量電路。

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圖3：儀表放大器

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? 以上我們只是看到了運(yùn)放的基本功能以及典型應(yīng)用，在實(shí)際產(chǎn)品的運(yùn)放相關(guān)電路設(shè)計(jì)中，需要考慮的參數(shù)非常多，是模擬電路設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一。

? 目前潤(rùn)石科技運(yùn)算放大器根據(jù)功能分類就有精密運(yùn)算放大器、高速運(yùn)算放大器、通用運(yùn)算放大器、低噪聲運(yùn)算放大器、低失調(diào)電壓運(yùn)算放大器、納安功耗運(yùn)算放大器、高壓高精度運(yùn)算放大器、高壓通用運(yùn)算放大器、儀表運(yùn)算放大器等涉及幾百個(gè)料號(hào)。

? 為了方便工程師們選型目錄中羅列了運(yùn)放的封裝形式、通道數(shù)量、工作電壓、輸出能力、增益帶寬積、共模抑制比、輸入電壓噪聲密度等參數(shù)。這個(gè)過(guò)濾器極大的簡(jiǎn)化了電子工程師的運(yùn)算放大器選型工作。

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? 當(dāng)然針對(duì)具體的設(shè)計(jì)需求，選擇一個(gè)完美的運(yùn)放料號(hào)，還需要工程師們?nèi)ゲ殚喆罅康臄?shù)據(jù)手冊(cè)，尤其是其中各種參數(shù)曲線圖。歡迎廣大工程師登錄潤(rùn)石科技官網(wǎng)www.dsmpfkyy.com申請(qǐng)樣品測(cè)試，下載規(guī)格書(shū)選型！

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