運算放大器(op-amp)一直是最成功的集成電路之一。一種具有高增益的差分放大器，差分輸入和單輸出使這種小型、廉價的 IC 能夠在各種應(yīng)用中使用負反饋，其中其增益(比兩個輸入之間的差值高數(shù)十萬倍) )、帶寬以及輸入和輸出阻抗由外部電路設(shè)置。
頂部，該運算放大器是開環(huán)的，因為它沒有反饋電路。底部，該運算放大器具有負反饋。由于輸出反饋至負輸入，因此該器件是非反相的。
由于增益巨大，輸入之間的微小差異會導致放大器輸出非常接近電源電壓。在很少使用的開環(huán)配置中，當該差異大于電源電壓時，該器件被稱為飽和。
在開環(huán)配置(無負反饋)中，運算放大器是一個比較器。可以實施正反饋以進行再生。在閉環(huán)配置中，電路性能變得穩(wěn)定并且變得更加可預測。通過將輸出的一部分應(yīng)用到反相輸入，增益被降低到合理的水平。增益和響應(yīng)主要由反饋網(wǎng)絡(luò)而不是運算放大器的質(zhì)量決定。
需要注意的一點是，存在特殊類型的運算放大器，包括高頻(10 到 100 MHz)單元、電流差運算放大器或跨導運算放大器。
另請注意，運算放大器上沒有接地引腳，并且運算放大器可以采用單電源供電。但某些運算放大器被指定需要正電源和負電源。這是因為輸入被假定為接地，而交流輸入信號在接地之上和之下存在偏差。
還值得注意的是，運算放大器的輸入必須保持在電源范圍內(nèi)(稱為單電源類型的運算放大器允許輸入向下偏離負軌，通常是接地)。因此，此單電源規(guī)格的輸入端不允許有負電壓。
有幾個關(guān)鍵參數(shù)可幫助確定給定運算放大器對當前任務(wù)的適用性。測試可以確定這些參數(shù)，其中最重要的參數(shù)可以在運算放大器規(guī)格表中找到。電源抑制比 (PSRR) 確定運算放大器對電源變化的敏感度。該規(guī)格以分貝 (dB) 為單位列出，其中每增加 20 dB，比率就會增加十倍。因此，60dB 值意味著電源 1V 的變化將導致輸出 0.001V 的變化。 PSRR 取決于實際電源電壓以及噪聲頻率。較高的工作電壓和較低的噪聲頻率通常會帶來更好的 PSRR 值。
與數(shù)字邏輯接口(有時會導致顯著的電源噪聲)的運算放大器通常應(yīng)具有良好的 PSRR 額定值。對于使用安靜電源工作的模擬設(shè)計中的運算放大器來說，該參數(shù)可能并不那么重要。
為運算放大器供電所需的電流是電源電流 I s，也稱為靜態(tài)電流。它不包括通過外部組件的電流或任何輸出電流。
輸入電阻 R in 表示運算放大器對輸入源施加的負載量。它通常保持盡可能高的值，典型值為數(shù)百兆歐。一些較新的運算放大器的輸入電阻大于 10 太歐姆(1 太歐姆 = 1,000,000 MΩ)。運算放大器的輸入電容通常沒有指定，但約為皮法，并且主要由引線決定。
較舊的運算放大器規(guī)格表可能僅提供輸入偏置電流 I b，而不是實際的輸入電阻。 I b是驅(qū)動輸入所需的電流，可以通過歐姆定律和電源電壓產(chǎn)生輸入電阻。
輸入失調(diào)電壓 V os和輸入失調(diào)電流 I os是運算放大器精度的衡量標準，應(yīng)接近于零。如果運算放大器的兩個輸入均為零，則輸出也應(yīng)為零。但運算放大器并不完美，因此輸出端會有一些殘余電壓。需要注意的一點是，整個電路的增益會影響運放的輸出。因此，增益為 100 的電路將使誤差增加 100 倍，這解釋了為什么失調(diào)電壓和電流是指輸入而不是輸出。具體來說，偏移誤差的定義是施加到輸入以迫使輸出精確為零的電壓(或電流)。
對于交流電路來說，偏移誤差通常不成問題，因為其影響表現(xiàn)為固定的直流誤差。由于交流電路通常是電容耦合的，因此直流會消失。但大增益 (≥1,000) 可能會將 5mV V os轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵龆说?5V 直流誤差，可能導致運算放大器輸出電壓超過電源電壓并導致削波。另一方面，失調(diào)誤差是直流應(yīng)用中的一個問題，因為不可能從直流誤差中分離出真實的直流信號。
共模電壓范圍 (CMVR) 規(guī)定了可應(yīng)用于運算放大器的輸入電壓的限制。大多數(shù)新型運算放大器都具有“軌到軌”輸入，允許使用高達(包括)V+ 和 V- 軌的任何輸入電壓。較舊的運算放大器往往會將輸入電壓限制為低于電源軌。
CMVR 小于電源軌的運算放大器可能會出現(xiàn)微妙的情況。使用單電源的運算放大器可能僅限于使用永遠不會達到接地電位的輸入，并且以這種方式協(xié)調(diào)輸入可能很困難。另請注意，如果信號比負 CMVR 更負，一些較舊的運算放大器會反轉(zhuǎn)信號。
另一個稱為共模抑制比 (CMRR) 的規(guī)格是指輸入平衡中的誤差。理論上，無論施加到輸入的電壓如何，將運算放大器的反相和非反相輸入連接在一起都應(yīng)該導致零輸出。但這只是理論上的。
CMRR 以 dB 為單位，通常為 60 至 80 dB 或更高。 60 dB 的 CMRR 意味著輸入之間的平衡可能存在 0.1% 的輸入誤差。施加到兩個輸入的 10V 信號或 V cm(CMRR 為 60 dB)似乎是施加到一個輸入的 10V 信號和施加到另一個輸入的 5.010V 信號。實際的輸出誤差取決于電路的增益。
當測量大信號中嵌入的小信號時，CMRR 誤差尤其重要。例如，電流測量通常涉及測量電流路徑中小值電阻器上的電壓降。該任務(wù)可能需要在 10 伏或更高電壓的情況下測量毫伏的分數(shù)。
運算放大器大信號電壓增益(A v或 A vo)表示在沒有任何反饋的情況下可能的最大放大倍數(shù)。 (因此，如果 A vo為 100 dB，則運算放大器無法提供高于 100 dB 的增益。)如前所述，很少使用這種放大器配置。有時 A vo表示為 V/mV 的比率。
輸出短路電流 I sc定義了運算放大器的最大電流輸出。 I sc通常在 20 到 40 mA 范圍內(nèi)，盡管一些早期的運算放大器處理的電流要少得多。
運算放大器速度相關(guān)參數(shù)包括壓擺率 (SR)、單位增益帶寬 (BW) 和增益帶寬積 (GBW)。 SR 測量輸出變化的速度，通常以 V/μsec 為單位。但 SR 受有效運算放大器增益的影響。這是因為放大的信號也具有放大的 SL。例如，放大 10 倍的 1V 信號的輸出必須從 0V 變化到 10V，同時輸入從 0V 變化到 1V。因此，典型運算放大器的最大輸出頻率直接取決于電路的增益。
運算放大器無法跟上信號并且輸入和輸出具有相同電壓的點是 A v = 1 或單位增益的點。最高工作頻率也是放大器的帶寬 BW。
SR 和 A v之間的直接關(guān)系導致 GBW 的計算。 可以看出，頻率減半可以使電路獲得兩倍的增益。因此，增益和頻率的乘積始終相同。這就是 GBW。另請注意，對于增益為 1 的特殊情況，BW 和 GBW 是相同的。
增益還會影響電壓噪聲 En和電流噪聲 I n，因為兩者都隨著增益的增加而上升。因此，增益為 100 的放大器的噪聲將是指定值的 100 倍。并且噪聲與系統(tǒng)帶寬有關(guān)。因此，噪聲參數(shù)以分母中的平方根 Hz 為單位定義。寬帶電路比窄帶寬電路有更多的噪聲。
運算放大器失真參數(shù)包括以百分比值列出的總諧波失真 (THD)，通常約為 0.01% 或更好。指定運算放大器放大信號的準確程度的另一種方法是使用瞬態(tài)響應(yīng)參數(shù)，測量運算放大器對突然變化的反應(yīng)。事實上，所有運算放大器都會出現(xiàn)一定量的過沖，過沖以輸出信號的百分比形式列出。幾個百分點或更高的數(shù)字是典型的。
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