运算放大器
运算放大器或运放是一种非常高增益的差分放大器，具有高输入阻抗和低输出阻抗。运算放大器通常用于提供电压幅度变化、振荡器、滤波器电路等。运算放大器可以包含多个差分放大器级以实现非常高的电压增益。
这是一种高增益差分放大器，在输出和输入之间采用直接耦合。这适用于直流和交流操作。除了各种数学运算之外，运算放大器还执行许多电子功能，例如仪表设备、信号发生器、有源滤波器等。这种多功能器件还用于许多非线性应用，例如电压比较器、模数转换器和数模转换器、对数放大器、非线性函数发生器等。
基本差分放大器
下图显示了一个基本的差分放大器 -
在上图中 -
V DI = 差分输入
V DI = V 1 – V 2
V DO = 差分输出
V DO = V C1 - V C2
该放大器放大两个输入信号V 1和V 2之间的差异。
差分电压增益，
$$A_d = \frac{V_{DO}}{V_{DI}}$$
和
$$A_d = \frac{(V_{C1} - V_{C2})}{V_{DI}}$$
如下图所示，基本运算放大器由三级组成 -
输入级
这是第一阶段，具有以下特点。
- 高 CMR（共模抑制）
- 高输入阻抗
- 宽带宽度
- 低（直流）输入失调
这些是运算放大器性能的一些重要特征。该级由差分放大器级和偏置晶体管组成，使其充当恒流源。恒流源大大提高了差分放大器的CMR。
以下是差分放大器的两个输入 -
- V 1 = 同相输入
- V 2 = 反相输入
中级阶段
这是第二级，旨在获得更好的电压和电流增益。电流增益需要提供足够的电流来驱动输出级，大部分运算放大器功率都是在输出级产生的。该级由一个或多个差分放大器组成，后接射极跟随器和直流电平移位级。电平移位电路使放大器能够具有两个差分输入和一个输出。
| V输出= +ve | 当V 1 > V 2时 |
| V输出= -ve | 当V 2 < V 1时 |
| 输出电压= 0 | 当V 1 = V 2时 |
输出级
这是运算放大器的最后一级，设计为具有低输出阻抗。这提供了驱动负载所需的电流。当负载变化时，将从输出级汲取或多或少的电流。因此，前级的运行必须不受输出负载的影响。通过设计该级以具有高输入阻抗和高电流增益，但具有低输出阻抗，可以满足这一要求。
运算放大器有两个输入：同相输入和反相输入。
上图所示为反相型运算放大器。施加在反相输入端的信号被放大，但输出信号与输入信号异相180度。施加在同相输入端子上的信号被放大，并且输出信号与输入信号同相。
运算放大器可以连接在大量电路中以提供各种工作特性。