一、運算放大器介紹
運算放大器(簡(jiǎn)稱(chēng)“運放”)是具有很高放大倍數的電路單元。在實(shí)際電路中,通常結合反饋網(wǎng)絡(luò )共同組成某種功能模塊。它是一種帶有特殊耦合電路及反饋的放大器。其輸出信號可以是輸入信號加、減或微分、積分等數學(xué)運算的結果。由于早期應用于模擬計算機中,用以實(shí)現數學(xué)運算,故得名“運算放大器”。運放是一個(gè)從功能的角度命名的電路單元,可以由分立的器件實(shí)現,也可以實(shí)現在半導體芯片當中。隨著(zhù)半導體技術(shù)的發(fā)展,大部分的運放是以單芯片的形式存在。運放的種類(lèi)繁多,廣泛應用于電子行業(yè)當中。
運算放大器的原理:
運放如圖有兩個(gè)輸入端a(反相輸入端),b(同相輸入端)和一個(gè)輸出端o。也分別被稱(chēng)為倒向輸入端非倒向輸入端和輸出端。當電壓U-加在a端和公共端(公共端是電壓為零的點(diǎn),它相當于電路中的參考結點(diǎn)。)之間,且其實(shí)際方向從a端高于公共端時(shí),輸出電壓U實(shí)際方向則自公共端指向o端,即兩者的方向正好相反。當輸入電壓U+加在b端和公共端之間,U與U+兩者的實(shí)際方向相對公共端恰好相同。為了區別起見(jiàn),a端和b端分別用“-”和“+”號標出,但不要將它們誤認為電壓參考方向的正負極性。電壓的正負極性應另外標出或用箭頭表示。反轉放大器和非反轉放大器如下圖:

一般可將運放簡(jiǎn)單地視為:具有一個(gè)信號輸出端口(Out)和同相、反相兩個(gè)高阻抗輸入端的高增益直接耦合電壓放大單元,因此可采用運放制作同相、反相及差分放大器。
運放的供電方式分雙電源供電與單電源供電兩種。對于雙電源供電運放,其輸出可在零電壓兩側變化,在差動(dòng)輸入電壓為零時(shí)輸出也可置零。采用單電源供電的運放,輸出在電源與地之間的某一范圍變化。
運放的輸入電位通常要求高于負電源某一數值,而低于正電源某一數值。經(jīng)過(guò)特殊設計的運放可以允許輸入電位在從負電源到正電源的整個(gè)區間變化,甚至稍微高于正電源或稍微低于負電源也被允許。這種運放稱(chēng)為軌到軌(rail-to-rail)輸入運算放大器。
運算放大器的輸出信號與兩個(gè)輸入端的信號電壓差成正比,在音頻段有:輸出電壓=A0(E1-E2),其中,A0是運放的低頻開(kāi)環(huán)增益(如100dB,即100000倍),E1是同相端的輸入信號電壓,E2是反相端的輸入信號電壓。
經(jīng)典運算放大器電路圖:

圖一運放的同向端接地=0V,反向端和同向端虛短,所以也是0V,反向輸入端輸入電阻很高,虛斷,幾乎沒(méi)有電流注入和流出,那么R1和R2相當于是串聯(lián)的,流過(guò)一個(gè)串聯(lián)電路中的每一只組件的電流是相同的,即流過(guò)R1的電流和流過(guò)R2的電流是相同的。流過(guò)R1的電流I1=(Vi-V-)/R1……a流過(guò)R2的電流I2=(V--Vout)/R2……bV-=V+=0……cI1=I2……d求解上面的初中代數方程得Vout=(-R2/R1)*Vi這就是傳說(shuō)中的反向放大器的輸入輸出關(guān)系式了。

圖二中Vi與V-虛短,則Vi=V-……a因為虛斷,反向輸入端沒(méi)有電流輸入輸出,通過(guò)R1和R2的電流相等,設此電流為I,由歐姆定律得:I=Vout/(R1+R2)……bVi等于R2上的分壓,即:Vi=I*R2……c由abc式得。Vout=Vi*(R1+R2)/R2這就是傳說(shuō)中的同向放大器的公式了。

圖三中,由虛短知:V-=V+=0……a由虛斷及基爾霍夫定律知,通過(guò)R2與R1的電流之和等于通過(guò)R3的電流,故(V1–V-)/R1+(V2–V-)/R2=(Vout–V-)/R3……b代入a式,b式變?yōu)閂1/R1+V2/R2=Vout/R3如果取R1=R2=R3,則上式變?yōu)閂out=V1+V2,這就是傳說(shuō)中的加法器了。

圖四。因為虛斷,運放同向端沒(méi)有電流流過(guò),則流過(guò)R1和R2的電流相等,同理流過(guò)R4和R3的電流也相等。故(V1–V+)/R1=(V+-V2)/R2……a(Vout–V-)/R3=V-/R4……b由虛短知:V+=V-……c如果R1=R2,R3=R4,則由以上式子可以推導出V+=(V1+V2)/2V-=Vout/2故Vout=V1+V2也是一個(gè)加法器。
二、放大電路介紹
放大電路亦稱(chēng)為放大器,它是使用最為廣泛的電子電路之一、也是構成其他電子電路的基礎單元電路。所謂放大,就是將輸入的微弱信號(簡(jiǎn)稱(chēng)信號,指變化的電壓、電流等)放大到所需要的幅度值且與原輸入信號變化規律一致的信號,即進(jìn)行不失真的放大。只有在不失真的情況下放大才有意義。放大電路的本質(zhì)是能量的控制和轉換,根據輸入回路和輸出回路的公共端不同,放大電路有三種基本形式:共射放大電路、共集放大電路和共基放大電路。
實(shí)際的放大電路通常是由信號源、晶體三極管構成的放大器及負載組成。
放大電路特點(diǎn):
1、有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種工作狀態(tài),所以有時(shí)往往要畫(huà)出它的直流通路和交流通路才能進(jìn)行分析;
2、電路往往加有負反饋,這種反饋有時(shí)在本級內,有時(shí)是從后級反饋到前級,所以在分析這一級時(shí)還要能“瞻前顧后”。在弄通每一級的原理之后就可以把整個(gè)電路串通起來(lái)進(jìn)行全面綜合。
三極管放大電路圖:

這是一個(gè)典型的三極管放大電路。從上面可看出電流的流向。各偏置電阻的作用。
三、運算放大器和放大電路有何區別
放大電路僅放大作用。一般用于各種檢測裝置的模擬信號放大。當然,有的模擬放大電路也可以實(shí)現運算邏輯功能。放大電路輸出的是模擬量。
運算放大器一般是芯片集成的,一塊芯片里集成了多個(gè)運算放大器。運算放大器也叫比較器?梢杂米餍盘柕谋容^和放大。輸出的是數字量。運算放大器有正負兩信號入口。正信號端,輸入是什么信號,輸出也是什么信號。負信號輸入端則相反,比如負信號端輸入正信號,輸出端相反,是負信號。
如36V電動(dòng)車(chē)用四個(gè)燈來(lái)顯示電量,給運算放大器芯片供電5V。制造幾個(gè)固定電壓,電壓分別是40,38,36,34。分別接到有個(gè)四運放的芯片的四個(gè)負輸入端,四個(gè)正信號輸入端接電瓶取樣,當電瓶電壓大于40V時(shí),那么那個(gè)運算放大器輸出高電平,指示燈亮,當低于40V時(shí),正信號輸入端低于負信號輸入端,輸出低電平指示燈不亮了。其它三組運算放大器同理。而普通放大電路,不會(huì )有輸入端信號電壓高于輸出信號的這種情況。
另外把運算放大器的輸入端,一端作為信號地,另一端接輸入信號?梢援敺糯笃饔。如功放前級。放大電路可以理解為一個(gè)運算放大器。
兩種電路首先是電路原理有差異。有些電路既用三極管放大,又用運放,是因為輸入信號電壓不能直接在運算放大器上工作。