运算放大器的工作原理

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　　运算放大器(简称“运放”)是模拟电路领域常用的电子元器件之一，属于有源元件，具有多个端钮，可以实现对信号的加减乘除、比例运算、微分和积分等计算，也可以用来处理电信号，如比较和选择信号的幅度。如今运算放大器凭借其优点广泛应用于自动控制系统、各种测量装置中，对电子科技的发展有着重要的意义。下面一起来了解了解其的原理：

　　1.基本原理

　　运算放大器有三个端口，其中有两个输入端口，分别为“+”和“-”，一个输出端口。当输入信号从“-”端口输入放大器时，输出端的输出信号与输入信号反相;反之，当输入信号从“+”端口输入放大器时，输出端的输出信号与输入信号同相;当两个输入端口同时输入信号时，运算放大器实现减数运算，输出信号与较大的一方同相。所以说，运算放大器基本上可以说是一个电压放大器。一个理想的运算放大器必须具备下列特性：无限大的 输入阻抗、等于零的输出阻抗、无限大的开回路增益、无限大的共模排斥比的部分、无限大的频宽。基本的运算放大器如图1所示：

图1 基本运算放大器

　　通常使用运算放大器时，会将其输出端与其反相输入端(inverting input node)连接，形成一负反馈(negative feedback)状态。原因是运算放大器的电压增益非常大，范围从数百至数万倍不等，使用负反馈方可保证电路的稳定运作。但是这并不代表运算放大器不能连接成正回馈(positive feedback)，相反地，在很多需要产生震荡讯号的系统中，正回馈组态的运算放大器是很常见的组成元件。

　　2.开环电路

　　开环回路运算放大器如图2。当一个理想运算放大器采用开回路的方式工作时，其输出与输入电压的关系式如下：

　　Vout=(V+-V-)*Aog

　　图2 开环回路运算放大器

　　其中Aog代表运算放大器的开环回路差动增益(open-loop differential gai)由于运算放大器的开环回路增益非常高，因此就算输入端的差动讯号很小，仍然会让输出讯号「饱和」(saturation)，导致非线性的失真出现。因此运算放大器很少以开环回路出现在电路系统中，少数的例外是用运算放大器做比较器(comparator)，比较器的输出通常为逻辑准位元的「0」与「1」。

　　3.闭环负反馈

　　将运算放大器的反向输入端与输出端连接起来，放大器电路就处在负反馈组态的状况，此时通常可以将电路简单地称为闭环放大器。闭环放大器依据输入讯号进入放大器的端点，又可分为反相(inverting)放大器与非反相(non-inverting)放大器两种。

　　图3 反相闭环放大器

　　反相闭环放大器如图3。假设这个闭环放大器使用理想的运算放大器，则因为其开环增益为无限大，所以运算放大器的两输入端为虚接地(virtual ground)，其输出与输入电压的关系式如下：

　　Vout=-(Rf/Rin)*Vin

　　非反相闭环放大器如图4。假设这个闭环放大器使用理想的运算放大器，则因为其开环增益为无限大，所以运算放大器的两输入端电压差几乎为零，其输出与输入电压的关系式如下：

　　Vout = ((R2/R1)+1)* Vin

　　图4 非反相闭环放大器

　　4.闭环正回馈

　　将运算放大器的正向输入端与输出端连接起来，放大器电路就处在正回馈的状况，由于正回馈组态工作于一极不稳定的状态，多应用于需要产生震荡讯号的应用中。

　　以上就是运算放大器的工作原理介绍了。在实际应用中，运算放大器的选择必须要综合考虑到设计目的、目标的信号电平、闭环增益、所需的精度以及环境条件等其他因素，并将需求性能转化为运算放大器的对应参数。虽然运算放大电路难，但是不管多复杂的电路，只要运用合适的方法，抓住运放电路的基本特点，所有的问题都可以解答的。