运算放大电路_电工CChap03 集成运算放大电路与应用

集成运算放大电路是一个芯片，内部是多级放大电路。常用于运算，故称为运算放大电路。

这个芯片第一个特殊的地方是有两个输入端，也就是说它可以同时接受两个输入电压，这是与我们以前学的不一样的地方。之所以是这样子，是因为内部的第一级放大电路为差分放大电路。

差分放大电路的原始电路是由两个一模一样的三极管放大电路组成，用其集电极的电位差做输出，而不是对地电压，这样可以消除由于温度引起的零点漂移，也就是静态点漂移问题。

由于电路对称，所以可以抑制共模信号，放大差模信号。理想情况下对共模信号的放大倍数为零，但实际上由于电路不可能绝对对称，所以共模放大倍数不可能为零，是一个比较小的值。

差分放大电路在原理电路图的基础上经过改造，可以带来另一个优点，就是提高输入电阻。这对于芯片连接前一级电路非常重要。极端情况下，输入电阻若为无穷大，则对前一级电路而言，相当于没有接，从而不影响前一级电路的工作，且放大电路接受的电压就是前一级开路的电压，没有压降损失。

集成运放的第二个特殊的地方是放大倍数极高。常用的OP07和μA741的放大倍数大约20万，因此可以放大极小的输入电压。但是这也为电路带来麻烦。当输入电压的幅值稍微大一点时，由于集成芯片的输出电压有限，将会使得输出电压达到极限值，不再根据输入电压的变化而变化。假设芯片的电压为±12v，则芯片的输出电压值不可能超过这两个极限。当放大倍数为20万时，若两个输入端的电压差为60μV时，输出端已经达到饱和。

我们把输入电压在60μV之内时，运放的输出电压uo根据ui而变这个区域称为线性区，输入电压超过60μV时，输出达到极限饱和值这一区域称为饱和区。

运放的第三个特点是输出电阻极小，通常情况下可视为零欧姆。这样无论运放是否带有负载电阻RL，无论其大小如何，输出电压均与其无关，只取决于输入电压。

为了让芯片工作在线性区，即uo根据输入电压而变，必须引入负反馈。对弈单个芯片而言，当输出电压引回到反相输入端时，即为负反馈。

有了负反馈的集成运放，工作在线性区，则u+和u-的差值在60μV之内，即u+≈u-，称为虚短。又由于输入电阻接近无穷大，故两个输入端几乎无电流，称为虚断。利用这两个特性，可以分析电路的具体功能。

没有负反馈的运放，比如开路或者只有正反馈时，工作在饱和区。当u+和u-的差值超过60μV时，输出饱和。大于﹢60μV时，输出为+Uosat；小于﹣60μV时，输出为﹣Uosat。常用于比较电压大小。

分析运放电路时，第一步是分析其是否存在负反馈环节。若有则运放工作在线性区，可用虚断和虚短；若无，则工作在比较器状态，只能用虚断，而不能用虚短。

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