2021-12-07? 運算放大器（Operational Amplifier）是集成電路家族里用途最廣的芯片種類之一，也是各大模擬半導體廠商的必備產品。簡單來說，運算放大器就是一個低頻及中頻電子信號放大器。其基本外形為具有兩個（同相、反相）高阻輸入端和一個低阻輸出端。在過去模擬計算機時代，基本的加法、積分等數學運算功能都是由這種放大器實現的，所以稱之為運算放大器。
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運算放大器的電路符號如圖1：
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圖1運算放大器的電路符號
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? 運算放大器最基本的功能是放大電子信號，例如一般話筒的輸出電壓通常在微伏級，這樣的信號用來驅動揚聲器顯然是不夠的，這就需要一個電路對信號進行放大。假設待放大的信號為500mV，我們需要的信號為5V，也就是說需要增益為10，用運放搭一個如圖2所示的簡單電路就可以實現。
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圖2
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? 輸入的小信號為VIN，放大的輸出信號為VOUT，增益為G=1+R1/R2，當R1/R2=9的時候。增益就為10。
? 其推導過程也十分簡單。利用運放閉環負反饋系統的“虛短”、“虛斷”原理，設運放增益為A， 因為運放的輸入端口為高阻態，我們可理解為開路，
? 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
? 當然這個運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。假設運放使用+12V和-12V電源，非軌對軌輸出的運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有談到信號的頻率，上文所有內容都可以理解為在放大一個直流信號。事實上，現實應用中很多場合是放大交流信號，交流信號就必然有頻率。
? 處理交流信號，我們必須要了解運算放大器的一個重要特性，那就是運算放大器的增益是跟信號頻率成反比的，也就是說頻率增大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下保持為一個常數。
? 以麥克風信號為例，人的聲音頻率為20Hz-20KHz，上限頻率（保持運放增益為常數的頻率）為5Hz，則直流增益從1M下降為100，即下降了10000倍，相應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。
? 以上特性就體現了運算放大器中的一個重要參數：增益帶寬積GBW，就是中頻增益放大器的帶寬。
? 運放組成的電路可以說是五花八門，除了放大電路以外，還可以實現比較器、施密特觸發器、ADC/DAC、有源濾波電路等。多個運放組合構成的電路，最經典的可能就是儀表放大器，生活中常見的電子血壓計就包含這個電路。
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? 電子血壓計中氣壓傳感器獲取的脈搏波信號通常是毫伏，甚至微伏級別的模擬信號，這樣的信號送給ADC肯定是不行的，必須經過放大處理，一般采用儀表放大器電路（如圖3，其實質為3個運放構成），這種電路在儀表應用中非常普遍，具有很高的共模抑制比。差分放大結構也可以完美匹配橋式測量電路。
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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放的基本功能以及典型應用，在實際產品的運放相關電路設計中，需要考慮的參數非常多，是模擬電路設計的難點之一。
? 目前潤石科技運算放大器根據功能分類就有精密運算放大器、高速運算放大器、通用運算放大器、低噪聲運算放大器、低失調電壓運算放大器、納安功耗運算放大器、高壓高精度運算放大器、高壓通用運算放大器、儀表運算放大器等涉及幾百個料號。
? 為了方便工程師們選型目錄中羅列了運放的封裝形式、通道數量、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。這個過濾器極大的簡化了電子工程師的運算放大器選型工作。
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? 當然針對具體的設計需求，選擇一個完美的運放料號，還需要工程師們去查閱大量的數據手冊，尤其是其中各種參數曲線圖。歡迎廣大工程師登錄潤石科技官網m.penjiangji.cn申請樣品測試，下載規格書選型！
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