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久經(jīng)考驗(yàn)的運(yùn)算放大器:概述

發(fā)布時間:2023-05-06 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】幾年前,在一次貿(mào)易展上工作時,有人問我:“人們還在使用運(yùn)算放大器嗎?我忍不住笑了,因?yàn)檫\(yùn)算放大器市場估計(jì)超過30億美元,而且還在增長。但對于提問者來說,久經(jīng)考驗(yàn)的運(yùn)算放大器已經(jīng)存在了很長時間,盡管由于工藝技術(shù)、增強(qiáng)的架構(gòu)和設(shè)計(jì)技術(shù),它經(jīng)歷了改進(jìn),但它基本上是相同的。鑒于運(yùn)算放大器無處不在,讓我們退后一步,回顧一下運(yùn)算放大器的元件,以及為什么它在當(dāng)今的電子產(chǎn)品中仍然如此有用。


人們還在使用運(yùn)算放大器嗎?

幾年前,在一次貿(mào)易展上工作時,有人問我:“人們還在使用運(yùn)算放大器嗎?我忍不住笑了,因?yàn)檫\(yùn)算放大器市場估計(jì)超過30億美元,而且還在增長。但對于提問者來說,久經(jīng)考驗(yàn)的運(yùn)算放大器已經(jīng)存在了很長時間,盡管由于工藝技術(shù)、增強(qiáng)的架構(gòu)和設(shè)計(jì)技術(shù),它經(jīng)歷了改進(jìn),但它基本上是相同的。鑒于運(yùn)算放大器無處不在,讓我們退后一步,回顧一下運(yùn)算放大器的元件,以及為什么它在當(dāng)今的電子產(chǎn)品中仍然如此有用。

運(yùn)算放大器是一種利用兩個輸入(反相輸入和同相輸入)的電子設(shè)備,一個輸出和一個雙電源,如圖1中的原理圖符號所示。


久經(jīng)考驗(yàn)的運(yùn)算放大器:概述
圖 1:久經(jīng)考驗(yàn)的運(yùn)算放大器


運(yùn)算放大器放大兩個輸入信號之間的差值以產(chǎn)生輸出信號。理想的運(yùn)算放大器是具有以下特性的理論器件:

無限開環(huán)增益:輸出電壓等于輸入電壓乘以無窮大之間的差值。該特性允許運(yùn)算放大器放大最小的輸入信號。

無限輸入阻抗:它不會從輸入源吸收電流。這使得運(yùn)算放大器可以與傳感器和換能器等高阻抗源配合使用,而不會影響輸入信號。

零輸出阻抗:它可以驅(qū)動任何負(fù)載而不影響輸出電壓。這一特性使得運(yùn)算放大器非常適合驅(qū)動揚(yáng)聲器等低阻抗負(fù)載。

無限帶寬:它可以放大任何頻率的信號。該特性允許運(yùn)算放大器用于需要高頻放大的應(yīng)用,例如RF放大器。

零輸入失調(diào)電壓:當(dāng)輸入電壓相等時,輸出電壓將為零。該特性允許運(yùn)算放大器用于需要精確信號處理的應(yīng)用。

無限壓擺率:它可以立即響應(yīng)輸入信號的變化。該特性允許運(yùn)算放大器用于需要快速信號處理的應(yīng)用,例如高速數(shù)據(jù)傳輸。

雖然在現(xiàn)實(shí)世界中沒有運(yùn)算放大器能夠滿足所有這些理想特性,但現(xiàn)代運(yùn)算放大器幾乎可以滿足其中的許多特性。設(shè)計(jì)人員選擇最適合其特定應(yīng)用要求的運(yùn)算放大器,同時考慮器件的實(shí)際限制。

如前所述,運(yùn)算放大器繼續(xù)用于各種電子產(chǎn)品。運(yùn)算放大器的一些最常見應(yīng)用如下:

放大器:運(yùn)算放大器可用作電壓放大器,以增加輸入信號的幅度。放大器的增益由反饋電阻和輸入電阻之比決定。

濾波器:運(yùn)算放大器可用于構(gòu)建各種濾波器,包括高通、低通、帶通和帶阻濾波器。這些濾波器用于從信號中去除不需要的頻率。

比較器:運(yùn)算放大器可用作比較器,以比較兩個電壓并產(chǎn)生指示哪個電壓更高的輸出信號。這在電平檢測、閾值檢測和脈寬調(diào)制等應(yīng)用中非常有用。

振蕩器:運(yùn)算放大器可用于構(gòu)建在特定頻率下產(chǎn)生正弦波形的振蕩器。運(yùn)算放大器振蕩器有多種類型,如維恩橋振蕩器、移相振蕩器和晶體振蕩器。

穩(wěn)壓器:運(yùn)算放大器可用于構(gòu)建穩(wěn)壓器,無論輸入電壓或負(fù)載如何變化,都能保持恒定的輸出電壓。穩(wěn)壓器用于各種電子設(shè)備,例如電源、音頻放大器和電機(jī)控制器。

儀表放大器:運(yùn)算放大器可用于構(gòu)建儀表放大器,以放大非常小的信號,例如來自傳感器或換能器的信號。儀表放大器具有高輸入阻抗、低輸出阻抗和高共模抑制比。

積分器和微分器:運(yùn)算放大器可用作積分器和微分器,對信號執(zhí)行數(shù)學(xué)運(yùn)算。積分器產(chǎn)生的輸出信號與輸入信號的積分成比例,而微分器產(chǎn)生的輸出信號與輸入信號的導(dǎo)數(shù)成比例。

總體而言,運(yùn)算放大器是許多電子電路中必不可少的元件,其多功能性和易用性繼續(xù)使其成為設(shè)計(jì)師和工程師的熱門選擇。


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