操作放大器（以下简称操作放大器）是一个具有高放大倍数的电路单元。在实际电路中，某个功能模块通常与反馈网络相结合。它是一种具有特殊耦合电路和反馈的放大器。其输出信号可以是输入信号加、减或微分、积分等数学操作的结果。它被命名为操作放大器，因为它早期应用于模拟计算机，以实现数学操作。
它被命名为操作放大器，因为它早期应用于模拟计算机，以实现数学操作。运输是一个从功能角度命名的电路单元，可以通过单独的设备或半导体芯片来实现。随着半导体技术的发展，大多数运输方式都是以单芯片的形式存在的。运输方式多种多样，广泛应用于电子行业。
中文名
外文名
operational amplifier
简称
运输主要参数
共模抑制、增益带宽积等
属性
具有高放大倍数的电路单元
材质
晶体管
操作放大器简介
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操作放大器是一种包含多级放大电路的电子集成电路，其输入水平为差分放大电路，输入电阻高，抑制零点漂移；中间水平主要是电压放大，电压放大倍数高，一般由共射极放大电路组成；输出极与负载相连，负载能力强，输出电阻低。操作放大器被广泛使用。
操作放大器原理
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如图所示，输入端有两个输入端a(反相输入端)，b(同相输入端)和输出端o。也称为倒向输入端非倒向输入端
运算放大器
输入端和输出端。当电压U-加入a端和公共端(公共端是电压为零的点，相当于电路中的参考结点。)之间，且其实际方向从a 端高于公共端时，输出电压U实际方向则自公共端指向o端，即两者的方向正好相反。当输入电压U 在b端和公共端之间，U与U 与公共端相比，两者的实际方向正好相同。为了区分，a端和b 端分别用"-"和" "标记号码，但不要误认为电压参考方向的正负极性。电压的正负极性应单独标记或用箭头表示。反转放大器和非反转放大器如下图所示：[2]
运算放大器
一般来说，运输可以简单地视为信号输出端口(Out)高阻抗输入端的高增益与同相和反相直接耦合电压放大单元，因此同相、反相和差分放大器可以通过运输制造。
运输和放电的供电方式分为双电源供电和单电源供电。对于双电源供电和放电，输出可以在零电压两侧变化，当差动输入电压为零时，输出也可以为零。单电源的放电和输出在电源和地面之间的一定范围内发生变化。
运放的输入电位通常要求高于负电源某一数值，而低于正电源某一数值。经过特殊设计的运放可以允许输入电位在从负电源到正电源的整个区间变化，甚至稍微高于正电源或稍微低于负电源也被允许。这种运放称为轨到轨(rail-to-rail)输入放大器。
在音频段，操作放大器的输出信号与两个输入端的信号电压差成正比=A0(E1-E2)，其中，A0 低频开环增益(如运放) 100dB，即 100000 倍)，E1 输入信号电压为同相端，E2 输入反相端的信号电压。
操作放大器分类
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根据集成运算放大器的参数，集成运算放大器可分为以下几类。
操作放大器通用型
操作放大器的通用操作放大器是为通用设计的。该设备的主要特点是价格低廉，产品量大，性能指标适合一般使用。μA741(单运)LM358(双运)LM以场效应管为输入级的324为输入级LF356都属于这一类。它们是目前应用最广泛的集成操作放大器。
操作放大器高阻型
这种集成操作放大器的特点是差模输入阻抗很高，输入偏置电流很小，一般rid>1GΩ~1TΩ，IB几皮安到几十皮安。实现这些指标的主要措施是利用场效应管高输入阻抗的特性，用场效应管组成运算放大器差输入级。用FET输入级不仅输入阻抗高，输入偏置电流低，而且具有高速、宽带、低噪声等优点，而且输入失调电压大。常见的集成器件有LF355、LF347(四运放)和更高的输入阻抗CA3130、CA3140等。[2]
低温漂型操作放大器
在精密仪器、弱信号检测等自动控制仪器中，我们总是希望操作放大器的失衡电压小，不会随着温度的变化而变化。为此设计了低温漂移操作放大器。目前常用的高精度、低温漂移操作放大器OP07、OP27、AD508及由MOSFET斩波稳零型低漂移器件ICL7650等。[2]
高速型操作放大器
在快速A/D和D/A在转换器和视频放大器中，需要集成操作放大器的转换速率SR单位增益带宽必须高BWG必须足够大，如一般集成运输不适合高速应用。高速操作放大器的主要特点是转换速率高，频率响应宽。常见的运放有LM318、μA715等，其SR=50~70V/us,BWG>20MHz。[2]
操作放大器低功耗型
由于电子电路集成的最大优点是可以使复杂电路小而轻，因此随着便携式仪器应用范围的扩大，必须使用低电源电压和低功耗的操作放大器。常用的操作放大器有TL-022C、TL-060C等，其工作电压为±2V~±18V，消耗电流为50~250μA。目前，一些产品已经达到了功耗μW级，例如ICL7600供电1.5V，功耗为10mW，单节电池可供电。[2]
操作放大器高压大功率
放大器的输出电压主要受供电电源的限制。输出电压的最大值一般只有几十伏，输出电流只有几十毫安。为了提高输出电压或增加输出电流，必须增加辅助电路。高压大电流集成操作放大器输出高压大电流，无需附加任何电路。例如D41集成电源电压可达±150V，μA791集成运输输出电流可达1A。[2]
操作放大器可编程控制型
量程问题将涉及到仪器的使用过程.为了获得固定电压的输出，必须改变操作放大器的放大倍数.例如，一个操作放大器的放大倍数为10倍，输入信号为1mv输出电压为10mv,当输入电压为0时.1mv输出只有1mv，为了得到10mv必须将放大倍数改为100。程控运输是为了解决这个问题。例如PGA103A，通过控制1、2脚的电平来改变放大倍数。[2]
操作放大器参数
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(1)共模输入电阻
该参数表示输入共模电压范围与运算放大器在线区域工作时偏置电流的变化之比。
(2)直流共模抑制
该参数用于衡量操作放大器对两个输入端相同直流信号的抑制能力。
(3)交流共模抑制
CMRAC用于衡量运算放大器抑制作用于两个输入端的相同交流信号的能力，是差模开环增益除以共模开环增益的函数。
(4)增益带宽积
增益带宽积是一个常量，定义在开环增益随频率变化的特性曲线中以-20dB/十倍频程滚降区域。
(5)输入偏置电流
该参数指运算放大器工作在线性区时流入输入端的平均电流。[4]
(6)偏置电流温漂
该参数代表温度变化时输入偏置电流的变化。TCIB通常以pA/°C为单位表示。
(7)输入失调电流
该参数是指流入两个输入端的电流差。
(8)输入失调电流温漂(TCIOS)
该参数代表温度变化时输入失调电流的变化。TCIOS通常以pA/°C为单位表示。
(9)差模输入电阻
该参数表示输入电压的变化与相应的输入电流变化之比，电压的变化导致电流的变化。在一个输入端测量时，另一个输入端连接固定的共模电压。
(10)输出阻抗
该参数是指运算放大器在线区域工作时输出端内部等效小信号阻抗。
(11)输出电压摆幅
该参数是指在输出信号无夹位的情况下能达到的最大电压摆幅的峰值，VO一般定义在特定的负载电阻和电源电压下。
(12)功耗
操作放大器表示器件在给定电源电压下消耗的静态功率，Pd通常定义在空载情况下。[4]
(13)电源抑制比
该参数用于计算放大器在电源电压变化时保持其输出不变的能力，PSRR输入失调电压的变化通常表示用电源电压变化引起的。
(14)转换率
该参数是指输出电压变化与发生此变化所需时间之比的最大值。SR通常以V/μs对单位表示，有时也表示为正变和负变。
(15)电源电流
该参数是指定电源电压下设备消耗的静态电流，通常定义为空载。
(16)单位增益带宽
该参数是指当开环增益大于1时操作放大器的最大工作频率。
(17)输入失调电压
该参数表示输出电压为零时在输入端工作的电压差。
(18)输入失调电压温漂(TCVOS)
该参数是指温度变化引起的输入失调电压的变化，通常是uV/°C为单位表示。
(19)输入电容
CIN表运算放大器工作在线性区时任何一个输入端的等效电容(另一输入端接地)。[4]
(20)输入电压范围
该参数指运算放大器正常工作(可获得预期结果)时，所允许的输入电压的范围，VIN通常定义在指定的电源电压下。[4]
(21)输入电压噪声密度(eN)
对于运算放大器，输入电压噪声可以看作是连接到任意一个输入端的串联噪声电压源，eN通常以 nV / 根号Hz 为单位表示，定义在指定频率。[4]
(22)输入电流噪声密度(iN)
对于运算放大器，输入电流噪声可以看作是两个噪声电流源，连接到每个输入端和公共端，通常以 pA / 根号Hz 为单位表示，定义在指定频率。[4]
(23)理想运算放大器参数
差模放大倍数、差模输入电阻、共模抑制比、上限频率均无穷大；输入失调电压及其温漂、输入失调电流及其温漂，以及噪声均为零。[4]
运算放大器型号命名
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运算放大器的国际统一型号命名法如下：型号由字母和阿拉伯数字两部分组成．字母在首部，采用CF两个字母，C表示符合国际标准，F表示线性放大器。其后部的阿拉伯数字表示运算放大器的类型。例如：通用运算放大器( F003、F007、F030)、高速运算放大器(F051B)、高精度运算放大器(F714)、高阻抗运算放大器(CF072)、低功耗运算放大器( F010)、双运算放大器(CF358)以及四运算放大器(CF324)等。其中最典型、最普及的为F007(国外型号为tLA741、t1PC741)和CF324(国外型号为LM324)。[5]
运算放大器集成运算放大器的选择和使用
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集成运算放大器类别、品种很多，应根据实际使用要求合理选择，规范使用。[5]
(1)尽量选用通用型集成运算放大器。当一个系统中使用多个运算放大器时，尽可能选用多运算放大器集成电路，例如LM324、LF347等都是将4个运算放大器封装在一起的集成电路。[5]
(2)实际选择集成运算放大器时，还要考虑信号源的性质(是电压源还是电流源)、负载的性质、集成运算放大器输出电压和电流是否满足要求、环境条件，集成运算放大器允许工作范围、工作电压范围、功耗与体积等因素是否满足要求。例如：对于放大音频、视频等交流信号的电路，选用转换速率大的运算放大器比较合适；对于处理微弱直流信号的电路，选用精度比较高的运算放大器比较合适(即失调电流、失调电压及温漂均比较小)。[5]
(3)使用前要了解集成运算放大器的类别及电参数，弄清楚封装形式、外引线排法、引脚接线、供电电压范围等。[5]
(4)消振网络应按要求接好，在能消振的前提下兼顾带宽。
(5)集成运算放大器是电子电路的核心，为了减少损坏，应采取适当的保护措施。[5]
词条图册
更多图册
参考资料
1.
王滦平著．电路基础与产品制作：西北工业大学出版社，2016.08：第71页
2.
陈书旺，安胜彪，武瑞红主编．实用电子电路设计及应用实例：北京邮电大学出版社，2014.11：第45页
3.
《注册石油天然气工程师执业资格考试公共基础考试复习教程》编委会编．注册石油天然气工程师执业资格考试公共基础考试复习教程：天津大学出版社，2014.10：第592页
4.
于蕾主编．模拟电子技术设计与实践教程：哈尔滨工程大学出版社，2014.03：第65页
5.
张彩荣主编；闫俊荣，崔霞副主编；刘晓文主审．电路实验实训及仿真教程：东南大学出版社，2015.08：第93页