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運(yùn)算放大器（Operational Amplifier,簡(jiǎn)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)。  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(hào)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。  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(hào)很小，仍然會(huì)讓輸出訊號(hào)「飽和」（saturation），導(dǎo)致非線性的失真出現(xiàn)。因此運(yùn)算放大器很少以開環(huán)回路出現(xiàn)在電路系統(tǒng)中，少數(shù)的例外是用運(yùn)算放大器做比較器（comparator），比較器的輸出通常為邏輯準(zhǔn)位元的「0」與「1」。 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?？梢詫㈦娐泛?jiǎn)單地稱為閉環(huán)放大器。閉環(huán)放大器依據(jù)輸入訊號(hào)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： Vout = -(Rf / Rin) * Vin  圖1-3反相閉環(huán)放大器 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 圖1-4非反相閉環(huán)放大器 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(hào)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。 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  
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(duì)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(hào)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 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。 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(jí)，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(jiǎn)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(cè)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。 重要指標(biāo) 輸入失調(diào)電壓UIO
一個(gè)理想的集成運(yùn)放，當(dāng)輸入電壓為零時(shí)，輸出電壓也應(yīng)為零（不加調(diào)零裝置）。但實(shí)際上集成運(yùn)放的差分輸入級(jí)很難做到完全對(duì)稱，通常在輸入電壓為零時(shí)，存在一定的輸出電壓。輸入失調(diào)電壓是指為了使輸出電壓為零而在輸入端加的補(bǔ)償電壓。實(shí)際上是指輸入電壓為零時(shí)，將輸出電壓除以電壓放大倍數(shù)，折算到輸入端的數(shù)值稱為輸入失調(diào)電壓,即
UIO的大小反應(yīng)了運(yùn)放的對(duì)稱程度和電位配合情況。UIO越小越好，其量級(jí)在2mV~20mV之間，超低失調(diào)和低漂移運(yùn)放的UIO一般在1μV~20μV之間 輸入失調(diào)電流IIO
當(dāng)輸出電壓為零時(shí)，差分輸入級(jí)的差分對(duì)管基極的靜態(tài)電流之差稱為輸入失調(diào)電流IIO ，即
 由于信號(hào)源內(nèi)阻的存在，IIO的變化會(huì)引起輸入電壓的變化，使運(yùn)放輸出電壓不為零。IIO愈小，輸入級(jí)差分對(duì)管的對(duì)稱程度越好，一般約為1nA~0.1µA。 輸入偏置電流IIB
集成運(yùn)放輸出電壓為零時(shí)，運(yùn)放兩個(gè)輸入端靜態(tài)偏置電流的平均值定義為輸入偏置電流，即
從使用角度來看，偏置電流小好，由于信號(hào)源內(nèi)阻變化引起的輸出電壓變化也愈小，故輸入偏置電流是重要的技術(shù)指標(biāo)。一般IIB約為1nA~0.1µA。 輸入失調(diào)電壓溫漂△UIO/△T 輸入失調(diào)電壓溫漂是指在規(guī)定工作溫度范圍內(nèi)，輸入失調(diào)電壓隨溫度的變化量與溫度變化量的比值。它是衡量電路溫漂的重要指標(biāo)，不能用外接調(diào)零裝置的辦法來補(bǔ)償。輸入失調(diào)電壓溫漂越小越好。一般的運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓溫漂在±1mV/℃~±20mV/℃之間。 輸入失調(diào)電流溫漂 △IIO/△T 在規(guī)定工作溫度范圍內(nèi)，輸入失調(diào)電流隨溫度的變化量與溫度變化量之比值稱為輸入失調(diào)電流溫漂。輸入失調(diào)電流溫漂是放大電路電流漂移的量度，不能用外接調(diào)零裝置來補(bǔ)償。高質(zhì)量的運(yùn)放每度幾個(gè)pA。 最大差模輸入電壓Uidmax
最大差模輸入電壓Uidmax是指運(yùn)放兩輸入端能承受的最大差模輸入電壓。超過此電壓,運(yùn)放輸入級(jí)對(duì)管將進(jìn)入非線性區(qū)，而使運(yùn)放的性能顯著惡化，甚至造成損壞。根據(jù)工藝不同，Uidmax約為±5V~±30V。 最大共模輸入電壓Uicmax
最大共模輸入電壓Uicmax是指在保證運(yùn)放正常工作條件下，運(yùn)放所能承受的最大共模輸入電壓。共模電壓超過此值時(shí)，輸入差分對(duì)管的工作點(diǎn)進(jìn)入非線性區(qū)，放大器失去共模抑制能力，共模抑制比顯著下降。
最大共模輸入電壓Uicmax定義為，標(biāo)稱電源電壓下將運(yùn)放接成電壓跟隨器時(shí)，使輸出電壓產(chǎn)生1％跟隨誤差的共模輸入電壓值；或定義為 下降6dB時(shí)所加的共模輸入電壓值。
開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aud是指集成運(yùn)放工作在線性區(qū)、接入規(guī)定的負(fù)載，輸出電壓的變化量與運(yùn)放輸入端口處的輸入電壓的變化量之比。運(yùn)放的Aud在60～120dB之間。不同功能的運(yùn)放，Aud相差懸殊。
差模輸入電阻Rid是指輸入差模信號(hào)時(shí)運(yùn)放的輸入電阻。Rid越大，對(duì)信號(hào)源的影響越小，運(yùn)放的輸入電阻Rid一般都在幾百千歐以上。
運(yùn)放共模抑制比KCMR的定義與差分放大電路中的定義相同，是差模電壓放大倍數(shù)與共模電壓放大倍數(shù)之比，常用分貝數(shù)來表示。不同功能的運(yùn)放，KCMR也不相同，有的在60～70dB之間，有的高達(dá)180dB。KCMR越大，對(duì)共模干擾抑制能力越強(qiáng)。 開環(huán)帶寬BW
開環(huán)帶寬又稱－3dB帶寬，是指運(yùn)算放大器的差模電壓放大倍數(shù)Aud在高頻段下降3dB所對(duì)應(yīng)的頻率fH。
單位增益帶寬BWG是指信號(hào)頻率增加，使Aud下降到1時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率fT，即Aud為0dB時(shí)的信號(hào)頻率fT。它是集成運(yùn)放的重要參數(shù)。741型運(yùn)放的 fT＝7Hz，是比較低的。 轉(zhuǎn)換速率SR (壓擺率)
轉(zhuǎn)換速率SR 是指放大電路在電壓放大倍數(shù)等于1的條件下，輸入大信號(hào)（例如階躍信號(hào)）時(shí)，放大電路輸出電壓對(duì)時(shí)間的最大變化速率，見圖7-1-1。它反映了運(yùn)放對(duì)于快速變化的輸入信號(hào)的響應(yīng)能力。轉(zhuǎn)換速率SR的表達(dá)式為
轉(zhuǎn)換速率SR是在大信號(hào)和高頻信號(hào)工作時(shí)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，目前一般通用型運(yùn)放壓擺率在1～10V/µs左右。 單位增益帶寬BWG (fT)
共模抑制比KCMR
差模輸入電阻
開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aud
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