运算放大器的工作原理介绍

运算放大器的工作原理介绍

什么是运算放大器？

运算放大器（Operational Amplifier，简称“运放”）是一种具有极高放大倍数的电路单元，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。它的核心特性是，其输出信号可以是输入信号经过加、减、微分、积分等数学运算后的结果。由于早期主要被应用于模拟计算机中以实现数学运算，因此得名“运算放大器”。

运算放大器是一种带有特殊耦合电路及反馈的放大器，其电路结构包括两个输入端（反相输入端和同相输入端）和一个输出端。当在反相输入端和公共端之间施加电压时，如果电压的实际方向从反相输入端高于公共端，那么输出电压的方向则自公共端指向输出端，即两者的方向正好相反。

运放可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。随着半导体技术的发展，大部分的运放是以单芯片的形式存在。运放的种类繁多，广泛应用于电子行业当中，如作为电压跟随器使用，或用于直流电压的驱动或增益等。

运算放大器的工作原理

下图中的电路显示了运算放大器 U1 的符号以及运算放大器内部的简化原理图。运算放大器具有正极和负极电源连接。这提供了来自电源的电力来操作该设备。

根据应用情况，可以使用单电源或分离电源。运放有三个信号端，一个正信号输入端，一个负信号输入端，以及运放信号输出端。运算放大器由晶体管(Q1、Q2) 组成的差分输入级、电平移位器级 Q3 和输出级 (Q4、Q5) 组成。

当正电压施加到 + 输入（即 Q1 基极）和 – 输入接地时，Q3 将被激活以更好地理解这一点）。这允许电流从 Q3 的发射极流向集电极端子。结果，R3 和 R4 上将产生正电压。该电压激活 Q4，输出将呈现 +V 电压电平。

另一方面，当正电压施加到接地的 – 输入和 + 输入时。 Q3 将不会被激活，因此 Q4 将处于截止状态，但 Q5 将导通，因为它是 PNP 晶体管，并且其基极的低逻辑会激活它们。现在，输出引脚将呈现低状态，Q5 提供通过其发射极到集电极端子的电流吸收路径。

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