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法学运算放大器-基本概念和应用
**运算放大器**（也称为**Op-Amp**）是一种多端直流耦合高增益放大器，它由一个或多个差分放大器、一个限幅晶体管和一个输出级组成。
运算放大器是一种通用的器件，可用于放大直流和交流信号，主要用于执行加法、减法、乘法等数学运算。
运算放大器框图
**输入级** - 输入级是双输入、平衡输出差分放大器。该级提供大部分电压增益，并引入运算放大器的输入电阻。
**中间级** - 该级是双输入、非平衡输出差分放大器，由第一级的输出驱动。
**电平转换级** - 由于采用直流耦合，因此中间级的输出端的直流电压高于地电位。因此，在中间级之后使用电平转换晶体管电路将中间级输出端的直流电平相对于地向下移动到零伏。
**输出级** - 输出级是一个推挽式互补放大器。输出级提高输出电压。输出级还提供低输出电阻。
运算放大器示意图
运算放大器具有三个主要端子：两个高输入阻抗输入端和一个低阻抗输出端。非反相输入端用正号表示，反相输入端用负号表示。除了输入输出端外，还有两个运算放大器电源端子，用(+VCC)和(-VCC)表示。
运算放大器的工作原理
开环操作
在开环操作中，放大器电路中没有反馈。因此，如果在反相端和非反相端施加两个信号，则运算放大器会放大这两个施加信号的差值。这两个输入信号的差值称为差分输入电压。
运算放大器的输出由下式给出：
$$\mathrm{V_{out}=A_{open\:loop}(V_{1}-V_{2})}$$
其中：
$$\mathrm{V_{out}=输出电压}$$
$$\mathrm{A_{open\:loop}=运算放大器的开环增益}$$
$$\mathrm{V_{1}=非反相端电压}$$
$$\mathrm{V_{2}=反相端电压}$$
$$\mathrm{(V_{1}-V_{2})=差分输入电压}$$
只有当差分输入电压非零（即V1和V2不相等）时，运算放大器的输出才非零。运算放大器的开环增益(A)非常高。因此，开环运算放大器可以将小的差分输入信号放大到较高的值。运算放大器可以将输入信号放大到非常高的值，但不能超过运算放大器的电源电压。
闭环操作
当运算放大器提供反馈信号时，称为闭环运算放大器。反馈路径将输出信号反馈到输入端。
闭环操作的输出方程由下式给出：
$$\mathrm{V_{out}=A_{close\:loop}(V_{1}-V_{2})}$$
当反馈连接到非反相端时，反馈称为正反馈。正反馈用于振荡器应用。
当反馈连接到反相端时，则称为负反馈。负反馈用于放大应用。
理想运算放大器的特性
理想运算放大器将表现出以下电气特性：
无限电压增益 (A)。
无限输入电阻 (Ri)，以便任何信号源都可以驱动它。
零输出电阻 (Ro)，以便输出可以驱动无限数量的其他设备。
无限带宽，以便可以放大任何频率（从 0 到 ∞ Hz）的信号。
无限共模抑制比 (CMRR = ∞)，因此输出共模噪声电压为零。
无限转换速率，以便输出电压随输入电压的变化而同时变化。
运算放大器的等效电路
运算放大器的优点
集成运算放大器具有以下优点：
- 高可靠性
- 体积小，价格便宜
- 功耗低
运算放大器的应用
运算放大器最常用于以下应用：
- 电压跟随器
- 反相放大器
- 同相放大器
**运算放大器的其他常用应用包括：** 加法器、电流电压转换器、电压电流转换器、差分放大器、积分器和微分器、仪表放大器、对数放大器、指数放大器、精密二极管、半波整流器和全波整流器等。
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