運算放大器（op-amps）是由電容器、電阻器和晶體管組成的復雜電路，可用于放大和比較不同的電壓。然而，當與其他外部元件一起使用時，它們可用于制造許多不同類型的電路，因此，幾乎可以在現有的每個電子電路中找到。

為應用選擇運算放大器并非易事，那么哪些參數會影響運算放大器電路，設計人員為什么要關心？

運算放大器特性

理想的運算放大器是具有兩個電壓輸入和一個輸出的組件，該輸出將電壓輸入之間的差乘以無窮大。理想的運算放大器還具有無限輸入電阻和零輸出電阻，這使它們成為完美的測量電路。然而，真正的運算放大器是由實際元件組成的，這意味著它們的特性遠非理想，這些非理想特性會對它們的電路產生明顯的影響。

在大多數情況下，逆變器和基本放大器等簡單電路可以忽略這些非理想特性，但測量小信號的更高級電路需要考慮它們（例如，測量心率的DIY ECG需要具有高輸入阻抗（即高輸入電阻）的專用儀表放大器）。

輸入電壓****范圍

輸入電壓范圍是運算放大器在其輸入引腳上可以接受的電壓范圍。該特性通常有兩個需要仔細考慮的組件：近地檢測和近軌檢測。雖然運算放大器的輸入可能能夠達到或跨越0 V，但運算放大器可能無法檢測接近地電位的電壓（例如低于10 mV）。如果運算放大器測量小信號，則必須進行近地檢測。這同樣適用于電源軌，如果輸入電壓接近運算放大器電源的電壓，則可能無法檢測到輸入電壓。常見的工業運算放大器LT1493具有近地檢測功能，但不能放大大于VCC = 1.5 V的電壓。

開環增益/帶寬

在討論運算放大器時，增益是指運算放大器的放大因數。例如，增益為10的放大因子為10，使得1V的信號被放大到10V。在開環配置（即無反饋）下，運算放大器的理想增益為無窮大，但實際運算放大器的開環增益有限。開環增益可用于確定比較器的靈敏度，例如，0.1 mV的電壓差可能產生5 V的電壓輸出變化，這可能不合適。但開環增益通常與帶寬有關，帶寬決定了運算放大器在閉環放大器電路中使用時的工作速度。單位增益帶寬較低的運算放大器在較高頻率下增益較小，因此負反饋放大器在這些頻率下無法按預期工作。例如，AD8608的帶寬增益積為10 MHz，明顯高于LT1493，后者的增益帶寬積為1.2 MHz。

輸出電壓擺幅

運算放大器的輸出電壓擺幅是運算放大器可以提供的輸出電壓范圍。基于 BJT 的舊設計（例如 741）能夠獲得 ±2 V 電源的輸出電壓范圍，因此，如果運算放大器由 ±15V 電源供電，則最大/最小電壓為 ±13 V。基于MOSFET的較新設計可能包括軌到軌輸出級，該級允許輸出完全擺動至任一電源。例如，AD8574TRUZ運算放大器具有軌到軌能力，采用1 V電源供電，輸出負載為4 kΩ時，輸出電壓范圍為998 mV至5.10 V。

輸出電阻

理想運算放大器的輸出電阻為零，而實際運算放大器的非零輸出電阻有限。在放大器電路需要放大小信號然后驅動次級電路的情況下，這可能會導致問題。理想的次級電路將具有無限電阻，因此來自運算放大器的所有電壓都傳輸到次級電路，但由于該級也將具有有限的輸入電阻，因此只有來自運算放大器的部分輸出電壓將被傳輸。運算放大器的輸出電阻還取決于其配置以及是否使用負反饋（負反饋通常會降低輸出電阻）。運算放大器（如ADA4075-2）具有40mA輸出電流能力，可實現非常低的閉環輸出阻抗，例如<1 Ω至100kHz。

輸出短路電流

運算放大器的這一特性對于確定運算放大器電路是否能夠驅動次級電路非常重要。例如，運算放大器比較器可用于檢測 PIR 傳感器何時檢測到入侵者，然后打開繼電器以啟用安全燈的電路中。但是，繼電器可能需要較大的線圈驅動電流（例如V30A繼電器上的23105 mA]），因此，短路電流過小的運算放大器將無法驅動繼電器。因此，需要一個外部驅動器級，它可以是專用驅動器IC，甚至可以是單位增益配置中的另一個運算放大器（即增益為1的放大器）。源電流和灌電流的輸出短路電流也可能不同。例如，LTC6363IMS8具有高達40 mA的灌電流短路能力，但可提供高達90 mA的電流。

功耗/電源電流

在低功耗應用中，運算放大器的電源電流可能是一個非常重要的考慮因素，因為電流消耗與元件的功耗以及可能調節電源的線性穩壓器浪費的能量高度相關。然而，消耗大量電流的運算放大器不一定具有較大的功耗，這就是為什么在選擇運算放大器時應考慮這兩個數字的原因。如果低功耗很重要，那么標有"毫微功耗"的運算放大器具有極低的靜態電流消耗，因此具有令人難以置信的小功耗，從而延長了電池壽命。例如，AD8500是一款毫微功耗放大器，非常適合便攜式設備，包括煙霧報警器和PIR運動傳感器，以確保安全。

結論

為工作選擇合適的運算放大器可能是一個挑戰。例如，一個運算放大器可能具有完美的輸入電阻特性，但可能會消耗過多的電流，而另一個運算放大器能夠檢測近地電位，但不能完全擺動其輸出。一些設計人員可能會選擇組合多個運算放大器來產生具有所有所需特性的電路，這也是儀表放大器受歡迎的原因之一。無論哪種方式，每項工作總有一個運算放大器！

審核編輯 黃宇