1. 簡(jiǎn)介
運(yùn)算放大器是一種多端電子器件，最早開始應(yīng)用于1940年，首先應(yīng)用于模擬計(jì)算機(jī)上，作為基本運(yùn)算單元，可以完成加減、積分和微分、乘除等數(shù)學(xué)運(yùn)算。自1960年后，隨著半導(dǎo)體集成工藝的發(fā)展，運(yùn)算放大器逐步集成化，大大降低了成本，其應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了模擬計(jì)算機(jī)的界限，在信號(hào)運(yùn)算、信號(hào)處理、信號(hào)測(cè)量及波形產(chǎn)生等方面獲得廣泛應(yīng)用。
集成運(yùn)算放大器的電路如圖1所示，可分為輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)和偏置電路四個(gè)基本組成部分。
圖1
輸入級(jí)要求其輸入電阻高，能抑制干擾信號(hào)；中間級(jí)主要進(jìn)行電壓放大，要求其電壓放大倍數(shù)高；輸出級(jí)與負(fù)載相接，要求其輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)。
2. 運(yùn)算放大器的電路符號(hào)
應(yīng)用運(yùn)算放大器時(shí)感興趣的是它的外部特性及管腳的用途，圖2為f007（5g24）運(yùn)算放大器的符號(hào)圖，圖中的‘三角形'符號(hào)表示放大器，其主要管腳的用途是：2號(hào)為反相輸入端；3 號(hào)為同相輸入端；4和7號(hào)為電源端；6號(hào)為輸出端；1和5號(hào)端子為外接調(diào)零電位器。
圖 2
圖 3
在分析運(yùn)算放大器的放大作用時(shí)， 在電路符號(hào)圖中一般不畫出偏置電源端，采用圖3所示的符號(hào)，其中：
a端：反向輸入端。由此端輸入電壓u-，則輸出信號(hào)和輸入信號(hào)是反向的。
b端：同向輸入端。由此端輸入電壓u+，則輸出信號(hào)和輸入信號(hào)是同向的。
o端：輸出端 , 輸出電壓uo
圖中a 表示開環(huán)電壓放大倍數(shù)，可達(dá)十幾萬倍。
需要注意的是：不要把圖中a端和b端的“-”號(hào)和“+”號(hào)誤認(rèn)為電壓參考方向的正負(fù)極性，如圖所示，電壓參考方要另外標(biāo)出，均為對(duì)地的電壓，當(dāng)在接地端未畫出時(shí)尤須注意。
3. 運(yùn)算放大器的靜特性
在運(yùn)算放大器的輸入端a 加電壓u－, 輸入端b 加電壓u+，如圖3所示，可得輸出uo和輸入電壓的關(guān)系：
uo和ud之間的傳輸特性曲線如圖4所示，也稱為運(yùn)算放大器的外特性。其傳輸特性可分三個(gè)區(qū)域：
①線性工作區(qū)：
此時(shí) 則
②正向飽和區(qū)：
此時(shí) 則
③反向飽和區(qū)：
此時(shí) 則
式中e是一個(gè)數(shù)值很小的電壓，例如usat=13v, a =105 時(shí)，則e =0.13mv 。
需要指出的是：運(yùn)算放大器可工作在線性區(qū)，也可工作在飽和區(qū)，但分析的方法不一樣。當(dāng)運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)時(shí)是一個(gè)線性放大元件，本章把運(yùn)算放大器的工作范圍限制在線性區(qū)。
4.運(yùn)算放大器的電路模型
圖5給出了運(yùn)算放大器的電路模型，其輸入電阻ri遠(yuǎn)大于輸出電阻ro ，輸出電壓u 0近似為受控電壓源的電壓，即：
當(dāng)同向輸入端接地:
u+=0, 則
當(dāng)反向輸入端接地:
, 則
圖 5 運(yùn)算放大器的電路模型
5.理想運(yùn)算放大器
在線性放大區(qū)分析運(yùn)算放大器時(shí)，一般可將它看成是一個(gè)理想運(yùn)算放大器，把運(yùn)放電路作如下的理想化處理：
1)放大倍數(shù) a→∞
若輸出電壓uo為有限值，則當(dāng)放大倍數(shù)a→∞ 時(shí)，必須滿足ud=0 ,即輸入電壓u+=u-，兩個(gè)輸入端之間相當(dāng)于短路(虛短路)；
2) 輸入電阻ri→∞
若輸入電阻ri→∞ ，則認(rèn)為輸入端電流i+=0,i-=0 。即從輸入端看進(jìn)去，元件相當(dāng)于開路 (虛斷路)。
3) 輸出電阻r0→0
由于實(shí)際運(yùn)算放大器的上述指標(biāo)接近理想化的條件，因此在分析使用理想運(yùn)算放大器代替實(shí)際運(yùn)算放大器所引起的誤差并不嚴(yán)重，在工程上是允許的，但這樣卻使分析過程大為簡(jiǎn)化。