运算放大器

出处：按学科分类—工业技术 北京出版社《现代综合机械设计手册下》第2737页（1144字）

运算放大器为集成电路组件，如图8．3－27所示，其工作频率可以低到零。作为电路元件，它是两个输入端的电压控制电压源，即输出电压受控于两个输入端的电位差，即u₀=A(u₊－u_－)。可见，当u₊＞u_－时。u₀＞0；当u₊＜u－时，u₀＜0．其中，u₊称同相输入端，u_－称反相输入端。

图8．3－27 运算放大器的电路符号

运算放大器的放大倍数A很大，可达几千倍甚至几十刀倍。在电路结构上，一般由输入级、中间级和输出级串接组成。输入级主要是提高输入阻抗(可达几千甚至几百千欧)，常采用差动放大，以减小零点漂移；中间级提供高的放大倍数；输出级则以降低输出阻抗(只有几十到几百欧)，提高带负载的能力为主。在近似分析时，常将其看成理想的运算放大器。理想运算放大器的含义，也即分析集成运算放大器的依据是：

①放大倍数A为无穷大。因此只要输出电压在线性放大范围内，便有

即 u₊≈u

②输入电阻为无穷大。因此同相和反相输入端的输入电流等于零。

③输出电阻为零。只要运算放大器工作在线性范围内，输出电压u₀不随输出电流变化，而只由输入电压决定。

运算放大器广泛用于对模拟信号进行各种数学运算。各种常见的基本运算电路见表8．3－18。从表中可以看出：1．运算放大器作线性运算时，输出电压u₀总是输入电压的线性函数；2．反相输入时，因u₊=0，u_－处在“虚地”状态；3．同相输入时，u_－≈u₊，反相与同相输入端处在“虚短”状态。运算放大器作为线性处理器，除模拟信号的运算外，还广泛用于有源滤波电路，以及用于提高测量精度、扩大测量功能的各种测量电路。

表8．3－18 常见运算放大器的基本运算电路

运算放大器作为非线性处理器，是指输出信号u₀和输入信号u_l呈非线性关系的运放电路，即u₀=f(u_l)是非线性函数，非线性处理器有两种类型：一类是在电路中运放工作在非线性状态；另一类是电路中运放虽然仍工作在线性状态，但外部电路中引入非线性元件，使得u₀与u_l不再是线性函数关系。常用非线性处理器的电路和传输特性见表8．3－19。