经久耐用的运算放大器（运放）：概述

运算放大器仍然是大多数电子系统不可或缺的组件。考虑到运放的广泛应用，我们回顾一下运算放大器的元件以及为什么在当今的电子产品中仍然很有用。

人们还在使用运算放大器吗？

多年前在一个贸易展览会的现场，有人问我：“人们还在使用运放吗？”我禁不住笑了笑，因为运算放大器的市场规模估计超过 30 亿美元，并且还在不断增长。但是从提问者的观点来看，经过实践验证的运放已经存在已久，虽然由于工艺技术、增强型架构和设计技术的进步，它已有所改进，但本质上仍然相同。考虑到运放的广泛应用，我们回顾一下运算放大器的元件以及为什么在当今的电子产品中仍然很有用。

运算放大器是一种电子器件，它利用了两个输入（一个反相输入和一个同相输入）、一个输出和一个双电源，如图 1 的原理图符号所示。

图 1：经久耐用的运放

运放将两个输入信号之间的差值进行放大，以产生一个输出信号。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：输出电压将等于输入电压之间的差值乘以无穷大。这种特性让运放能够放大小到极致的输入信号。

• 无限输入阻抗：它不会消耗输入源的电流。这样一来，运放便可与传感器和变换器等高阻抗源一起使用，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。由于这种特性，运放非常适合驱动低阻抗负载，例如扬声器。

• 无限带宽：它可以放大任何频率的信号。由于这种特性，运放可用于需要高频放大功能的应用，例如射频放大器。

• 零输入失调电压：当输入电压相等时，输出电压将为零。由于这种特性，运放可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。由于这种特性，运放可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，没有任何一种运放可以满足上述全部理想特性，但现代运放几乎可以满足其中的许多特性。设计人员选择最能满足其特定应用需求的运放，同时会考虑器件的实际限制。

如前文所述，运放继续广泛应用于各种电子产品。运放最常见的应用包括：

放大器：运放可作为电压放大器用于增大输入信号的幅值。放大器的增益由
反馈和输入电阻的比例决定。

• 滤波器：运放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：运放可作为比较器用于比较两个电压，并产生一个表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：运放可用于构建产生特定频率的正弦波形的振荡器。有各种类型的运放振荡器，例如文氏电桥、相移和晶体振荡器。

• 稳压器：运放可用于构建稳压器，无论输入电压或负载如何变化，都能保持恒定的输出电压。稳压器广泛应用于各种电子设备，例如电源、音频放大器和电机控制器。
• 仪表放大器：运放可用于构建仪表放大器，放大来自传感器或变换器的极微小信号。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：运放可作为积分器和微分器用于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正比，而微分器产生的输出信号与输入信号的导数成正比。

总之，运放是许多电子电路中的重要组成部分，其多功能性和易用性使其继续成为设计人员和工程师的普遍选择。想了解更多关于运放的信息吗？请查看Microchip 的“运算放大器简介”。此自学课程涵盖了基本概念和术语、关键规范以及运放特性，并深入研究了常见的实际电路配置。