運算放大器（Operational Amplifier，縮寫為 op-amp）是一種直接耦合、差分模式輸入、通常為單端輸出的高增益電壓放大器。它能夠產生比輸入端電位差高數十萬倍的輸出電位（相對於地）。運算放大器因其最初主要用於加法和減法運算等類比計算電路而得名。

運算放大器的工作原理

運算放大器的差分輸入包括一個同相輸入電壓和一個反相輸入電壓。理想運算放大器僅放大這兩個電壓之間的差值，該差值稱為差模輸入電壓。運算放大器的輸出電壓由下列公式給出：

Vout = (V+ - V-) * Ado

其中Ado是運算放大器的開環差分增益。

理想的運算放大器

理想的運算放大器通常具有以下特點：

1.無限開環增益（Ado=+∞）：理想運算放大器的一個重要性質是在開環狀態下，輸入端的差分訊號具有無限大的電壓增益，這使得運算放大器非常適合在實際應用中添加負回授配置。

2. 無限大輸入阻抗（Zin/Rin = ∞）：理想運算放大器的輸入端不允許任何電流流入，即V+、V-端的電流訊號永遠為零，即輸入阻抗為無限大。

3.零輸入失調電壓

4. 無限頻寬（BW = ∞），具有零相移和無限壓擺率：理想的運算放大器將以相同的差分增益放大任何頻率的輸入訊號，而不會因訊號頻率的變化而改變。

5.零輸出阻抗（Zout/Rout = 0）：理想運算放大器的輸出端是一個完美的電壓源，無論流經放大器負載的電流如何變化，放大器的輸出電壓都保持恆定，即輸出阻抗為零。

6. 零噪音

7. 無限共模抑制比（CMRR = ∞）：理想的運算放大器只能回應V+和V-端之間的電壓差，也就是說，它只放大（V+ - V-）部分。而兩個輸入訊號的公共部分（即共模訊號）則完全被忽略。

8. 無限電源抑制比

所有這些理想化情況都無法完全實現。可以在運算放大器模型中使用等效電阻和電容來模擬真實運算放大器的非無限或非零參數。這樣，設計人員就可以在最終電路的整體性能中考慮這些影響。某些參數對最終設計的影響可能可以忽略不計，但其他真正限制最終效能的參數則必須計算。

常見的應用程式設計

（1）反相閉環放大器

上圖所示為一個反相閉迴路放大器的電路。假設此閉環放大器採用理想運算放大器，由於其開環增益無限大，運算放大器的兩個輸入端為虛地。同時，由於輸入阻抗無限大，從Vin到V-的電流等於從V-到Vout的電流，因此：

（2）同相閉環放大器

上圖所示為同相閉迴路放大器電路。負回授透過分壓電阻Rf和Rg決定閉迴路增益Acl=Vout/Vin。當Vout剛好使反相端電壓等於Vin時，即達到平衡。因此，整個電路的電壓增益為1 + Rf/Rg。輸出電壓公式為：

（3）加法器

上圖所示為一個加法器電路。在理想運算放大器條件下，由於輸入阻抗無限大，流經 R1 的電流等於流過 R2 的電流，同理，流經 R3 的電流等於流過 R4 的電流。因此：

（V1-V+）/R1=（V+-V2）/R2

（Vout-V-）/R3=V_/R4

同樣由於虛短路，有：V+=V_

然後可以推導出：Vout=V1+V2

（4）積分電路

上圖所示為一個積分器電路。在理想運算放大器的條件下，開環增益為無限大，反相輸入端電壓等於同相端電壓，且由於輸入阻抗無窮大，所以流過R1的電流等於流過C1的電流。

流過R1的電流i=V?/R?

流過C1的電流i=C·dU./dt

所以 Vout =((-1/(R?·C?)·fV?dt

輸出電壓與輸入電壓對時間的積分成比例，這就是為什麼它被稱為積分電路的原因。

（5）微分電路

上圖所示為一個微分器電路。在理想運算放大器的條件下，開環增益為無限大，反相輸入端電壓等於同相端電壓，且由於輸入阻抗無窮大，所以流過R1的電流等於流過C1的電流。

如果V1是突然施加的直流電壓，則輸出Vout對應於與V1相反方向的脈衝。

Slkor SL8634XS14 通用運算放大器 SOP-14

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