久经考验的运算放大器：概述

几年前，在一次贸易展上工作时，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，而且还在增长。但对于提问者来说，久经考验的运算放大器已经存在了很长时间，尽管由于工艺技术、增强的架构和设计技术，它经历了改进，但它基本上是相同的。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。

人们还在使用运算放大器吗？
几年前，在一次贸易展上工作时，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，而且还在增长。但对于提问者来说，久经考验的运算放大器已经存在了很长时间，尽管由于工艺技术、增强的架构和设计技术，它经历了改进，但它基本上是相同的。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。
运算放大器是一种利用两个输入（反相输入和同相输入）的电子设备，一个输出和一个双电源，如图1中的原理图符号所示。

图 1：久经考验的运算放大器

运算放大器放大两个输入信号之间的差值以产生输出信号。理想的运算放大器是具有以下特性的理论器件：
无限开环增益：输出电压等于输入电压乘以无穷大之间的差值。该特性允许运算放大器放大最小的输入信号。
无限输入阻抗：它不会从输入源吸收电流。这使得运算放大器可以与传感器和换能器等高阻抗源配合使用，而不会影响输入信号。
零输出阻抗：它可以驱动任何负载而不影响输出电压。这一特性使得运算放大器非常适合驱动扬声器等低阻抗负载。
无限带宽：它可以放大任何频率的信号。该特性允许运算放大器用于需要高频放大的应用，例如RF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。该特性允许运算放大器用于需要精确信号处理的应用。
无限压摆率：它可以立即响应输入信号的变化。该特性允许运算放大器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。设计人员选择最适合其特定应用要求的运算放大器，同时考虑器件的实际限制。
如前所述，运算放大器继续用于各种电子产品。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之比决定。
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，以比较两个电压并产生指示哪个电压更高的输出信号。这在电平检测、阈值检测和脉宽调制等应用中非常有用。
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。运算放大器振荡器有多种类型，如维恩桥振荡器、移相振荡器和晶体振荡器。
稳压器：运算放大器可用于构建稳压器，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仪表放大器，以放大非常小的信号，例如来自传感器或换能器的信号。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。积分器产生的输出信号与输入信号的积分成比例，而微分器产生的输出信号与输入信号的导数成比例。
总体而言，运算放大器是许多电子电路中必不可少的元件，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。