在電路設(shè)計(jì)中運(yùn)算放大器主要起到什么作用？

運(yùn)算放大器是一種具有高增益、高輸入阻抗和低輸出阻抗的放大電路，通常用于模擬信號處理中。它可以對輸入的微小信號進(jìn)行放大，并且能夠保持輸入和輸出的線性關(guān)系。

1.提高信噪比

運(yùn)算放大器可以通過增加信號的幅度，使信號與噪聲之間的差別更加明顯，從而提高了信噪比。這對一些需要精確測量的應(yīng)用非常重要，如生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的心電圖儀和血壓計(jì)等。

2.濾波器

運(yùn)算放大器結(jié)合其他被動元件可以形成各種不同類型的濾波器電路。例如，使用電容器和電阻器構(gòu)成的低通濾波器可以將高頻噪聲過濾掉，只留下低頻信號。類似地，使用電感器和電容器組合可以形成帶通或高通濾波器。

3.微分和積分

運(yùn)算放大器還可以用于微分和積分電路中。微分電路可以將輸入信號求導(dǎo)，積分電路可以將輸入信號積分。這些電路在測量、控制和信號處理等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。

運(yùn)算放大器(簡稱“運(yùn)放”)是具有很高放大倍數(shù)的電路單元。在實(shí)際電路中，通常結(jié)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(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果。由于早期應(yīng)用于模擬計(jì)算機(jī)中，用以實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)運(yùn)算，故得名“運(yùn)算放大器”。運(yùn)放是一個從功能的角度命名的電路單元，可以由分立的器件實(shí)現(xiàn)，也可以實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片當(dāng)中。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，大部分的運(yùn)放是以單芯片的形式存在。運(yùn)放的種類繁多，廣泛應(yīng)用于電子行業(yè)當(dāng)中。運(yùn)放如圖有兩個輸入端a(反相輸入端)，b(同相輸入端)和一個輸出端o。也分別被稱為倒向輸入端非倒向輸入端和輸出端。當(dāng)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(dāng)于電路中的參考結(jié)點(diǎn)。)之間，且其實(shí)際方向從a 端高于公共端時，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(dāng)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(qū)別起見，a端和b 端分別用“-”和“+”號標(biāo)出，但不要將它們誤認(rèn)為電壓參考方向的正負(fù)極性。電壓的正負(fù)極性應(yīng)另外標(biāo)出或用箭頭表示。反轉(zhuǎn)放大器和非反轉(zhuǎn)放大器如下圖：

一般可將運(yùn)放簡單地視為：具有一個信號輸出端口(Out)和同相、反相兩個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(yùn)放制作同相、反相及差分放大器。

運(yùn)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(yùn)放，其輸出可在零電壓兩側(cè)變化，在差動輸入電壓為零時輸出也可置零。采用單電源供電的運(yùn)放，輸出在電源與地之間的某一范圍變化。

運(yùn)放的輸入電位通常要求高于負(fù)電源某一數(shù)值，而低于正電源某一數(shù)值。經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的運(yùn)放可以允許輸入電位在從負(fù)電源到正電源的整個區(qū)間變化，甚至稍微高于正電源或稍微低于負(fù)電源也被允許。這種運(yùn)放稱為軌到軌(rail-to-rail)輸入運(yùn)算放大器。

運(yùn)算放大器的輸出信號與兩個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(yùn)放的低頻開環(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。

運(yùn)算放大器的實(shí)際應(yīng)用——比較器

當(dāng)去掉運(yùn)放的反饋電阻時，或者說反饋電阻趨于無窮大時(即開環(huán)狀態(tài))，理論上認(rèn)為運(yùn)放的開環(huán)放大倍數(shù)也為無窮大(實(shí)際上是很大，如LM324運(yùn)放開環(huán)放大倍數(shù)為100dB，既10萬倍)。此時運(yùn)放便形成一個電壓比較器，其輸出如不是高電平(V+)，就是低電平(V-或接地)。當(dāng)正輸入端電壓高于負(fù)輸入端電壓時，運(yùn)放輸出低電平。

圖中使用兩個運(yùn)放組成一個電壓上下限比較器，電阻R1、R1ˊ組成分壓電路，為運(yùn)放A1設(shè)定比較電平U1;電阻R2、R2ˊ組成分壓電路，為運(yùn)放A2設(shè)定比較電平U2。輸入電壓U1同時加到A1的正輸入端和A2的負(fù)輸入端之間，當(dāng)Ui >U1時，運(yùn)放A1輸出高電平;當(dāng)Ui 《U2時，運(yùn)放A2輸出高電平。運(yùn)放A1、A2只要有一個輸出高電平，晶體管BG1就會導(dǎo)通，發(fā)光二極管LED就會點(diǎn)亮。

若選擇U1>U2，則當(dāng)輸入電壓Ui越出[U2，U1]區(qū)間范圍時，LED點(diǎn)亮，這便是一個電壓雙限指示器。

若選擇U2 > U1，則當(dāng)輸入電壓在[U2，U1]區(qū)間范圍時，LED點(diǎn)亮，這是一個“窗口”電壓指示器。

此電路與各類傳感器配合使用，稍加變通，便可用于各種物理量的雙限檢測、短路、斷路報警等。各種各樣的新式產(chǎn)品以及新式的設(shè)備在我們的生活中應(yīng)用越來越重要，運(yùn)算放大器可能我們都不曾聽說，但是，在生活中我們卻處處使用，這就是這些科技帶動我們生活的主要變化，運(yùn)算放大器的作用，在我們生活中的哪些方面發(fā)揮著重要作用呢?

運(yùn)算放大器主要是一種能夠?qū)⑿盘柗糯蟮囊环N技術(shù)，這種技術(shù)在我們的電路中應(yīng)用廣泛，尤其是集成電路的應(yīng)用中，在應(yīng)用的時候，最大的問題就是傳感器能夠提供的電流信號非常弱小，我們應(yīng)該怎么才能將這種信號放大化呢?那就是使用運(yùn)算放大器，這種運(yùn)算放大器的作用是能夠使用一些特殊的方法，讓信號變得較強(qiáng)，就能夠檢測出信號的強(qiáng)弱。

現(xiàn)在我們的這種運(yùn)算放大器的作用主要是使用在我們的汽車電子、通信方面以及消費(fèi)等等各個方面中，尤其是在通信中非常重要，以前我們的小靈通的手機(jī)信號非常弱，但是現(xiàn)在我們使用的任何一部手機(jī)的信號都要比我們的小靈通手機(jī)強(qiáng)很多倍，這也是一種運(yùn)算放大器的運(yùn)用。

運(yùn)算放大器在生活的處處都發(fā)揮著重要的作用，甚至改變著我們的生活狀態(tài)，這就是科學(xué)技術(shù)帶給我們的新生活。

一、運(yùn)算放大器的作用

1、放大信號：運(yùn)算放大器可以將輸入信號放大到輸出端，具有高增益的特性，可以使較小的信號放大到足夠大的程度，以滿足特定的應(yīng)用需求。

2、濾波處理：運(yùn)算放大器可以與電容、電感等元件組成濾波電路，對信號進(jìn)行濾波處理，去除雜波和干擾信號，使信號更加純凈。

3、測量電壓：運(yùn)算放大器可以作為電壓測量的工具，通過對電壓變化的放大，可以檢測、測量和記錄電壓信號。

二、運(yùn)算放大器的基本用途

1、基本算術(shù)運(yùn)算：運(yùn)算放大器可以用于實(shí)現(xiàn)加法、減法、乘法和除法等基本算術(shù)運(yùn)算。例如，兩個輸入信號相加后輸出，可以實(shí)現(xiàn)加法運(yùn)算。

2、反饋電路：運(yùn)算放大器可以通過反饋電路實(shí)現(xiàn)比例放大、積分、微分等功能。例如，通過反饋電路實(shí)現(xiàn)積分操作，可以實(shí)現(xiàn)信號的時間積分，對于信號處理、控制等應(yīng)用具有重要意義。

3、比較器：運(yùn)算放大器可以作為比較器使用，通過對不同的輸入信號進(jìn)行比較，輸出高電平或低電平，實(shí)現(xiàn)電壓比較、開關(guān)控制等功能。

4、振蕩器：運(yùn)算放大器可以與電容、電感等元件組成振蕩器電路，輸出正弦波、方波等信號，可以應(yīng)用于信號發(fā)生器、音頻放大器等領(lǐng)域。

總之，運(yùn)算放大器具有較為廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，包括信號處理、控制、測量、放大、濾波、比較等方面，被廣泛應(yīng)用于電子電路設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)、儀表儀器等領(lǐng)域。