运算放大器的作用

运算放大器在实际中的应用

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运算放大器在实际中的应用

广西大学电气工程是根据不同的反馈方法，可以做成非线性放大电路、振荡电路等各式各样

的应用电路。因此，反馈电路的研究常被说成运算放大器的研究方法。运放的应用非常广

泛，理解其规范，在众多放大器中合理选择，让放大器适合您的应用。

关键词：运算放大器基本介绍使用方法实际应用

OperationalAmplifier’sPracticalApplication

Digest：Iftherewerenotphysicalcomponentscanamplifyweaksignal,therewillnothave

ingtodifferentfeedbackways,integratedoperational

amplifierscanbemadeintovariousapplicationcircuit,suchasnonlinearamplifyingcircuit,

ore,thewayofrearchingfeedbackcircuitisusuallysaidto

uthemproperly,youwillachievemanynewthings.

KeyWords：Operationalamplifierbasicintroductionusingmethodspracticalapplication

1.1运算放大器的诞生背景

“运算”一词由操作及运算的含义而来，其英文是operation。自第二次世界大战一来，开始通过让

雷达与高射炮联动来瞄准飞机的自动化设备（自动化控制技术）和弹道计算（通过求解方程来计算子弹

轨迹）的研究。在这种自动化技术中发挥威力的是运算器，即模拟计算机，在这个模拟计算机中，使用

了许多作运算部件的放大器，这就是运算放大器使用的开端。运算放大器是放大倍数非常大的放大电

路。早期的放大器由真空管、晶体管和电阻等分立元件组成，但现在所有的运算放大器已被集成化。

1.2运算放大器的基本介绍

一个放大器有一个输入端和一个输出端。分为线性放大器和非线性放大器两类。对于一个线性放大

器，输出信号=A*输入信号，其中A是放大因子或者增益。根据输入输出信号的特点，可以将放大器增

益分为四种：电压增益，电流增益，跨阻增益，跨导增益。在非线性电路中，工业仪器测量使用的传感

器的输出为模拟量，以非线性的居多。如下图：为运算放大器的图形符号（图示为反相接法）。

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运算放大器的内部主要有NPN管组成。主要性能参数有1：输入失调电压，2：输入失调电流，3：输入

偏置电流，3：差模输入电阻，4：开环电压增益，5：输出电阻，6：共模抑制比CMRR:，7：共模输入

电压范围，8：最大差模输入电压，9：额定输出电压，10：额定输出电流，11：--3dB带宽f和单位增益

带宽，12：静态功耗，13：上升速率

2.1运算放大器的各种使用方法

2．1.1非线性电路中的用法

在工业中使用的传感器，就是非线性居多。有时也需要把这些非线性模拟量变换成线性的。有时以模拟

量的形式进行运算要比经过模拟-数字变换后再来进行运算来得容易。所以，模拟量形式的运算电路中的

一部分也需要非线性电路。在理想二极管和直波检验中，可以利用放大器消除理想二极管的不灵敏区

（死区）。为了使死区的电压尽量小，可以用一种修正法—负反馈法。音频放大器使用负反馈是以牺牲

放大倍数为代价来改善特性的。采用这种方法也可以改善二极管的特性。正确的修正法是把二极管接在

反馈环内，即可达到目的。

非线性特性的元件中有二极管和晶体管。对数放大器也可以使用这些元件实现，一般采用晶体管.PN结晶

体管的转移特性可以用下式表示：

(1)

a

Vbe

kT

s

Ie

I

如果忽略运算放大器的输入偏置电流，则

inI=

cI

inI=(1)

a

Vbe

in

kT

CR

V

e

I

两边同除以

sI,取对数后，可求得:

beV=

ln()c

s

I

kT

qI

(lnln)in

s

outbe

kT

qR

V

VV

I

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注意：这个公式与温度有关，而且含有误差，不具有实用价值。要想实现实用化，特别需

要对温度进行补偿。

方法：让

1Tr和

2Tr耦合在一起，保持恒温，这样可以抑制漂移的影响，从而保持稳定工作。

用途：对数放大器和反对数放大器主要用于模拟信号的函数发生器和乘除法、乘幂、平方根等运算，也

可用于信号的压缩、伸长、和线性化等。

2.2.1线性电路中作用

传感器在生活中发挥着的五官的作用，能感受冷、热、光、声等等，要想更加有效的掌握和利用这些物

理量，最终还得利用上运算放大器。它的作用，可以形象的视为油压装置中的作用，即：小动作可以产

生很大的力，能放大直流信号。

3．1实际中的应用

1：筛选沙砾使用筛子，煮咖啡用咖啡过滤器。这些都是为了进行大小筛选。电子线路也有和这相类似

的东西，那就是滤波器。它是根据频率对信号进行筛选，基本上有4种类型：低通滤波器，高通滤波

器，带通滤波器，带阻滤波器。

2：运算放大器也可用作振荡电路。正弦波的振荡和方波振荡基本上都是以正反馈方式为主。这种方式

通过反馈电路将放大器的输出与输入间的相位差变成零，然后反馈给输入。根据反馈元件的不同，可区

分为LC振荡电路和RC振荡电路。注意：放大器的增益达不到反馈电路的损失以上时，不会产生振荡电

路。

3：可用作D/A(A/D)变换电路D/A是一种以数字量作为输入，以与某一权重成正比的模拟量作为输出的

变换器。A/D变换器是一种以模拟量作为输入，与模拟量相应的数字量作为输出的变换器。也就是说，

可以用它们进行模拟量和数字量之间的转换。一般的，用专用大规模集成电路要比用运算放大器组装要

好。

4：用作V-f，f-V变换电路

V-f变换器是一种输出为方波且其频率与输出电压为正比的电路

f-V变换器是一种输出信号为直流电压并与输入电压成正比的电路

5：用做模拟存储器，在数字电路中，记忆信息的电路用的很广泛，在模拟电路中，有时候需要短时间

记忆模拟量，特别是在A/D变换的过程中，输入电压有变动时，需要采取这种电路，在求证在变化中的

输入电压最大值时，同样也需要这种电路，这里包括采样保持电路和峰值保持电路，它们都是用电容器

用做存储元件。

6：在需要大功率时，运算放大器也在功率提升器中大有用途。

4．1合理选择

运算放大器功能多种多样，很多放大器看起来功能也十分相似，也造成了放大器的选择非常困难。众多

放大器种类主要包括：运算放大器，仪表放大器，音频放大器，差分放大器，电流反馈型放大器，高频

放大器，缓冲放大器等等。在选择放大器时必须研究其反馈环境，理解其规范，才能充分发挥放大器的

作用。

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参考文献：《集成运算放大器分析与应用》严楣辉、杨光璧编P21-22页

《运算放大器应用手册》黄争、李琰编译P85,P107

《运算放大器电路》[日]内山明治村野靖著P1,P94