运算放大器（Operational Amplifier，缩写为 op-amp）是一种直接耦合、差分模式输入、通常为单端输出的高增益电压放大器。它能够产生比输入端电位差高数十万倍的输出电位（相对于地）。运算放大器因其最初主要用于加法和减法运算等模拟计算电路而得名。

运算放大器的工作原理

运算放大器的差分输入包括一个同相输入电压和一个反相输入电压。理想运算放大器仅放大这两个电压之间的差值，该差值称为差模输入电压。运算放大器的输出电压由以下公式给出：

Vout = (V+ - V-) * Ado

其中Ado是运算放大器的开环差分增益。

理想的运算放大器

理想的运算放大器通常具有以下特点：

1、无限开环增益（Ado=+∞）：理想运算放大器的一个重要性质是在开环状态下，输入端的差分信号具有无限大的电压增益，这使运算放大器非常适合在实际应用中添加负反馈配置。

2. 无限大输入阻抗（Zin/Rin = ∞）：理想运算放大器的输入端不允许任何电流流入，即V+、V-端的电流信号始终为零，即输入阻抗为无限大。

3.零输入失调电压

4. 无限带宽（BW = ∞），具有零相移和无限压摆率：理想的运算放大器将以相同的差分增益放大任何频率的输入信号，而不会因信号频率的变化而改变。

5、零输出阻抗（Zout/Rout = 0）：理想运算放大器的输出端是一个完美的电压源，无论流过放大器负载的电流如何变化，放大器的输出电压都保持恒定，即输出阻抗为零。

6. 零噪音

7. 无限共模抑制比（CMRR = ∞）：理想的运算放大器只能响应V+和V-端之间的电压差，也就是说，它只放大（V+ - V-）部分。而两个输入信号的公共部分（即共模信号）则完全被忽略。

8. 无限电源抑制比

所有这些理想化情况都无法完全实现。可以在运算放大器模型中使用等效电阻和电容来模拟真实运算放大器的非无限或非零参数。这样，设计人员就可以在最终电路的整体性能中考虑这些影响。某些参数对最终设计的影响可能可以忽略不计，但其他真正限制最终性能的参数则必须计算。

常见的应用程序设计

（1）反相闭环放大器

上图所示为一个反相闭环放大器的电路。假设该闭环放大器采用理想运算放大器，由于其开环增益无限大，运算放大器的两个输入端为虚地。同时，由于输入阻抗无限大，从Vin到V-的电流等于从V-到Vout的电流，因此：

（2）同相闭环放大器

上图所示为同相闭环放大器电路。负反馈通过分压电阻Rf和Rg决定闭环增益Acl=Vout/Vin。当Vout刚好使反相端电压等于Vin时，即达到平衡。因此，整个电路的电压增益为1 + Rf/Rg。输出电压公式为：

（3）加法器

上图所示为一个加法器电路。在理想运算放大器条件下，由于输入阻抗无穷大，流过 R1 的电流等于流过 R2 的电流，同理，流过 R3 的电流等于流过 R4 的电流。因此：

（V1-V+）/R1=（V+-V2）/R2

（Vout-V-）/R3=V_/R4

同样由于虚短路，有：V+=V_

然后可以推导出：Vout=V1+V2

（4）积分电路

上图所示为一个积分器电路。在理想运算放大器的条件下，开环增益为无穷大，反相输入端电压等于同相端电压，且由于输入阻抗无穷大，所以流过R1的电流等于流过C1的电流。

流过R1的电流i=V?/R?

流过C1的电流i=C·dU./dt

所以 Vout =((-1/(R?·C?)·fV?dt

输出电压与输入电压对时间的积分成比例，这就是它被称为积分电路的原因。

（5）微分电路

上图所示为一个微分器电路。在理想运算放大器的条件下，开环增益为无穷大，反相输入端电压等于同相端电压，且由于输入阻抗无穷大，所以流过R1的电流等于流过C1的电流。

如果V1是突然施加的直流电压，则输出Vout对应于与V1相反方向的脉冲。

Slkor SL8634XS14 通用运算放大器 SOP-14

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