運(yùn)算放大器（Operational Amplifier,簡稱OP、OPA、OPAMP）是一種直流耦合﹐差模（差動(dòng)模式）輸入、通常為單端輸出（Differential-in, single-ended output）的高增益（gain）電壓放大器，因?yàn)閯傞_始主要用于加法，乘法等運(yùn)算電路中，因而得名。一個(gè)理想的運(yùn)算放大器必須具備下列特性：無限大的輸入阻抗、等于零的輸出阻抗、無限大的開回路增益、無限大的共模排斥比的部分、無限大的頻寬。最基本的運(yùn)算放大器如圖1-1。一個(gè)運(yùn)算放大器模組一般包括一個(gè)正輸入端(OP_P)、一個(gè)負(fù)輸入端(OP_N)和一個(gè)輸出端(OP_O)。

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通常使用運(yùn)算放大器時(shí)，會(huì)將其輸出端與其反相輸入端（inverting input node）連接，形成一負(fù)反饋（negative feedback）組態(tài)。原因是運(yùn)算放大器的電壓增益非常大，范圍從數(shù)百至數(shù)萬倍不等，使用負(fù)反饋方可保證電路的穩(wěn)定運(yùn)作。但是這并不代表運(yùn)算放大器不能連接成正回饋（positive feedback），相反地，在很多需要產(chǎn)生震蕩訊號的系統(tǒng)中，正回饋組態(tài)的運(yùn)算放大器是很常見的組成元件。

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開環(huán)回路

開環(huán)回路運(yùn)算放大器如圖1-2。當(dāng)一個(gè)理想運(yùn)算放大器采用開回路的方式工作時(shí)，其輸出與輸入電壓的關(guān)系式如下：

Vout = ( V+ -V-) * Aog

其中Aog代表運(yùn)算放大器的開環(huán)回路差動(dòng)增益（open-loop differential gai由于運(yùn)算放大器的開環(huán)回路增益非常高，因此就算輸入端的差動(dòng)訊號很小，仍然會(huì)讓輸出訊號「飽和」（saturation），導(dǎo)致非線性的失真出現(xiàn)。

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閉環(huán)負(fù)反饋

將運(yùn)算放大器的反向輸入端與輸出端連接起來，放大器電路就處在負(fù)反饋組態(tài)的狀況，此時(shí)通常可以將電路簡單地稱為閉環(huán)放大器。閉環(huán)放大器依據(jù)輸入訊號進(jìn)入放大器的端點(diǎn)，又可分為反相（inverting）放大器與非反相（non-inverting）放大器兩種。

反相閉環(huán)放大器如圖1-3。假設(shè)這個(gè)閉環(huán)放大器使用理想的運(yùn)算放大器，則因?yàn)槠溟_環(huán)增益為無限大，所以運(yùn)算放大器的兩輸入端為虛接地（virtual ground），其輸出與輸入電壓的關(guān)系式如下：

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Vout = -(Rf / Rin) * Vin

非反相閉環(huán)放大器如圖1-4。假設(shè)這個(gè)閉環(huán)放大器使用理想的運(yùn)算放大器，則因?yàn)槠溟_環(huán)增益為無限大，所以運(yùn)算放大器的兩輸入端電壓差幾乎為零，其輸出與輸入電壓的關(guān)系式如下： Vout = ((R2 / R1) + 1) * Vin

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閉環(huán)正回饋

將運(yùn)算放大器的正向輸入端與輸出端連接起來，放大器電路就處在正回饋的狀況，由于正回饋組態(tài)工作于一極不穩(wěn)定的狀態(tài)，多應(yīng)用于需要產(chǎn)生震蕩訊號的應(yīng)用中。

理想運(yùn)放和理想運(yùn)放條件

在分析和綜合運(yùn)放應(yīng)用電路時(shí)，大多數(shù)情況下，可以將集成運(yùn)放看成一個(gè)理想運(yùn)算放大器。理想運(yùn)放顧名思義是將集成運(yùn)放的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)理想化。由于實(shí)際運(yùn)放的技術(shù)指標(biāo)比較接近理想運(yùn)放，因此由理想化帶來的誤差非常小，在一般的工程計(jì)算中可以忽略。

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理想運(yùn)放各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)具體如下：

1．開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod = ∞；

2．輸入電阻Rid = ∞；輸出電阻Rod =0

3．輸入偏置電流IB1=IB2=0 ；

4．失調(diào)電壓UIO、失調(diào)電流IIO 、失調(diào)電壓溫漂

看完這篇，你再說你是否了解運(yùn)算放大器，這里盤點(diǎn)運(yùn)放運(yùn)用大全

、失調(diào)電流溫漂

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均為零；

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5．共模抑制比CMRR = ∞；；

6．-3dB帶寬fH = ∞ ；

7．無內(nèi)部干擾和噪聲。

實(shí)際運(yùn)放的參數(shù)達(dá)到如下水平即可以按理想運(yùn)放對待：

電壓放大倍數(shù)達(dá)到104～105倍；輸入電阻達(dá)到105Ω；輸出電阻小于幾百歐姆；

外電路中的電流遠(yuǎn)大于偏置電流；失調(diào)電壓、失調(diào)電流及其溫漂很小，造成電路的漂移在允許范圍之內(nèi)，電路的穩(wěn)定性符合要求即可；輸入最小信號時(shí)，有一定信噪比，共模抑制比大于等于60dB；帶寬符合電路帶寬要求即可。

運(yùn)算放大器中的虛短和虛斷含意

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理想運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)可以得出二條重要的結(jié)論：

虛短

因?yàn)槔硐脒\(yùn)放的電壓放大倍數(shù)很大，而運(yùn)放工作在線性區(qū)，是一個(gè)線性放大電路，輸出電壓不超出線性范圍（即有限值），所以，運(yùn)算放大器同相輸入端與反相輸入端的電位十分接近相等。在運(yùn)放供電電壓為±15V時(shí)，輸出的最大值一般在10～13Ｖ。所以運(yùn)放兩輸入端的電壓差，在1mV以下，近似兩輸入端短路。這一特性稱為虛短，顯然這不是真正的短路，只是分析電路時(shí)在允許誤差范圍之內(nèi)的合理近似。

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虛斷

由于運(yùn)放的輸入電阻一般都在幾百千歐以上，流入運(yùn)放同相輸入端和反相輸入端中的電流十分微小，比外電路中的電流小幾個(gè)數(shù)量級，流入運(yùn)放的電流往往可以忽略，這相當(dāng)運(yùn)放的輸入端開路，這一特性稱為虛斷。顯然，運(yùn)放的輸入端不能真正開路。

運(yùn)用“虛短”、“虛斷”這兩個(gè)概念，在分析運(yùn)放線性應(yīng)用電路時(shí)，可以簡化應(yīng)用電路的分析過程。運(yùn)算放大器構(gòu)成的運(yùn)算電路均要求輸入與輸出之間滿足一定的函數(shù)關(guān)系，因此均可應(yīng)用這兩條結(jié)論。如果運(yùn)放不在線性區(qū)工作，也就沒有“虛短”、“虛斷”的特性。如果測量運(yùn)放兩輸入端的電位，達(dá)到幾毫伏以上，往往該運(yùn)放不在線性區(qū)工作，或者已經(jīng)損壞。

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