运算放大器电路原理和特性

集成运算放大器简称运算放大器，是由多级直接耦合放大电路组成的高增益模拟集成电路。与分离元件构成的电路相比，运算放大器具有稳定性好、电路计算容易、成本低等优点，因此得到广泛应用。其可完成信号放大、信号运算、信号处理、波形变换等功能。按性能可分为通用型、高阻型、高速型、低温漂型、低功耗、高压大功率型等多种产品。
1、最基本的运算放大器电路
典型的运算放大器是反相放大器，如图1所示。输入信号Vi是由“-”号端加入的，其输出电压V0和输入电压反相，电压增益为：G=V0÷Vi=R2÷R1，故输出电压为：V0=-(R2÷R1)×Vi
同相放大器，如图2所示。输入信号Vi是由“-”号端加入的，其输出电压V0和输入电压同相，电压增益为：G=V0÷Vi=1 (R2÷R1)，故其输出电压为:V0=[1-(R2÷R1)]×Vi。所谓“同相”和“反相”是指输入信号的极性相对于由它引起的输出信号的极性而言的。

图1 反相放大器电路原理图 图2 同相放大器电路原理图
2、运算放大器的特性
充分认识和理解运算放大器的特性，昌晖仪表认为对学习和应用运算放大器以及仪表维修工作将是很有帮助的。现简述如下：
①运算放大器两个输入端之间的电压总为零，这是运算放大器最重要的特性。由于两个输入端之间的“虚短路”以及“输入阻抗非常大”，意味着运算放大器不需要输入电流，也可认为运算放大器的输入电流等于零。
②运算放大器的同相端电位等于反相端电位，即运算放大器工作正常时，两输入端有相同的直流电位。前提是输出电压在直流电源的正电压和负电压之间，且输出电流小于运算放大器额定输出电流时。
③运算放大器的电压增益等于无限大，即可用很小的输入电压获得非常大的输出电压。运算放大器通电后，只需在输入端两端加上毫伏级的电位，就可以很容易地使输出进入正的或负的饱和状态。
④运算放大器的输出阻抗Z=O，即在电路设计和电源所允许的范围内，可以从运算放大器输出端拉出电流，且在输出端不会出现明显的电压降。
⑤运算放大器可把输出电压的波动范围限制在直流电源的正电压和负电压之间，即运算放大器具有电压限幅能力。其输出电压的波动幅度取决于运算放大器的正直流电源电压值和负直流电源电压值。
⑥标准运算放大器的输出电流通常限制在l0mA以内，运算放大器能自动把输出电流限制在安全工作区。