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

為應(yīng)用選擇運(yùn)算放大器并非易事，那么哪些參數(shù)會(huì)影響運(yùn)算放大器電路，設(shè)計(jì)人員為什么要關(guān)心？

運(yùn)算放大器特性

理想的運(yùn)算放大器是具有兩個(gè)電壓輸入和一個(gè)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(yùn)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(cè)量電路。然而，真正的運(yùn)算放大器是由實(shí)際元件組成的，這意味著它們的特性遠(yuǎn)非理想，這些非理想特性會(huì)對(duì)它們的電路產(chǎn)生明顯的影響。

在大多數(shù)情況下，逆變器和基本放大器等簡(jiǎn)單電路可以忽略這些非理想特性，但測(cè)量小信號(hào)的更高級(jí)電路需要考慮它們（例如，測(cè)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(yùn)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(gè)需要仔細(xì)考慮的組件：近地檢測(cè)和近軌檢測(cè)。雖然運(yùn)算放大器的輸入可能能夠達(dá)到或跨越0 V，但運(yùn)算放大器可能無法檢測(cè)接近地電位的電壓（例如低于10 mV）。如果運(yùn)算放大器測(cè)量小信號(hào)，則必須進(jìn)行近地檢測(cè)。這同樣適用于電源軌，如果輸入電壓接近運(yùn)算放大器電源的電壓，則可能無法檢測(cè)到輸入電壓。常見的工業(yè)運(yùn)算放大器LT1493具有近地檢測(cè)功能，但不能放大大于VCC = 1.5 V的電壓。

開環(huán)增益/帶寬

在討論運(yùn)算放大器時(shí)，增益是指運(yùn)算放大器的放大因數(shù)。例如，增益為10的放大因子為10，使得1V的信號(hào)被放大到10V。在開環(huán)配置（即無反饋）下，運(yùn)算放大器的理想增益為無窮大，但實(shí)際運(yùn)算放大器的開環(huán)增益有限。開環(huán)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(chǎn)生5 V的電壓輸出變化，這可能不合適。但開環(huán)增益通常與帶寬有關(guān)，帶寬決定了運(yùn)算放大器在閉環(huán)放大器電路中使用時(shí)的工作速度。單位增益帶寬較低的運(yùn)算放大器在較高頻率下增益較小，因此負(fù)反饋放大器在這些頻率下無法按預(yù)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(yùn)算放大器的輸出電壓擺幅是運(yùn)算放大器可以提供的輸出電壓范圍?；?BJT 的舊設(shè)計(jì)（例如 741）能夠獲得 ±2 V 電源的輸出電壓范圍，因此，如果運(yùn)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(shè)計(jì)可能包括軌到軌輸出級(jí)，該級(jí)允許輸出完全擺動(dòng)至任一電源。例如，AD8574TRUZ運(yùn)算放大器具有軌到軌能力，采用1 V電源供電，輸出負(fù)載為4 kΩ時(shí)，輸出電壓范圍為998 mV至5.10 V。

輸出電阻

理想運(yùn)算放大器的輸出電阻為零，而實(shí)際運(yùn)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(hào)然后驅(qū)動(dòng)次級(jí)電路的情況下，這可能會(huì)導(dǎo)致問題。理想的次級(jí)電路將具有無限電阻，因此來自運(yùn)算放大器的所有電壓都傳輸?shù)酱渭?jí)電路，但由于該級(jí)也將具有有限的輸入電阻，因此只有來自運(yùn)算放大器的部分輸出電壓將被傳輸。運(yùn)算放大器的輸出電阻還取決于其配置以及是否使用負(fù)反饋（負(fù)反饋通常會(huì)降低輸出電阻）。運(yùn)算放大器（如ADA4075-2）具有40mA輸出電流能力，可實(shí)現(xiàn)非常低的閉環(huán)輸出阻抗，例如<1 Ω至100kHz。

輸出短路電流

運(yùn)算放大器的這一特性對(duì)于確定運(yùn)算放大器電路是否能夠驅(qū)動(dòng)次級(jí)電路非常重要。例如，運(yùn)算放大器比較器可用于檢測(cè) PIR 傳感器何時(shí)檢測(cè)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(qū)動(dòng)電流（例如V30A繼電器上的23105 mA]），因此，短路電流過小的運(yùn)算放大器將無法驅(qū)動(dòng)繼電器。因此，需要一個(gè)外部驅(qū)動(dòng)器級(jí)，它可以是專用驅(qū)動(dòng)器IC，甚至可以是單位增益配置中的另一個(gè)運(yùn)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(dá)40 mA的灌電流短路能力，但可提供高達(dá)90 mA的電流。

功耗/電源電流

在低功耗應(yīng)用中，運(yùn)算放大器的電源電流可能是一個(gè)非常重要的考慮因素，因?yàn)殡娏飨呐c元件的功耗以及可能調(diào)節(jié)電源的線性穩(wěn)壓器浪費(fèi)的能量高度相關(guān)。然而，消耗大量電流的運(yùn)算放大器不一定具有較大的功耗，這就是為什么在選擇運(yùn)算放大器時(shí)應(yīng)考慮這兩個(gè)數(shù)字的原因。如果低功耗很重要，那么標(biāo)有"毫微功耗"的運(yùn)算放大器具有極低的靜態(tài)電流消耗，因此具有令人難以置信的小功耗，從而延長(zhǎng)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(shè)備，包括煙霧報(bào)警器和PIR運(yùn)動(dòng)傳感器，以確保安全。

結(jié)論

為工作選擇合適的運(yùn)算放大器可能是一個(gè)挑戰(zhàn)。例如，一個(gè)運(yùn)算放大器可能具有完美的輸入電阻特性，但可能會(huì)消耗過多的電流，而另一個(gè)運(yùn)算放大器能夠檢測(cè)近地電位，但不能完全擺動(dòng)其輸出。一些設(shè)計(jì)人員可能會(huì)選擇組合多個(gè)運(yùn)算放大器來產(chǎn)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(xiàng)工作總有一個(gè)運(yùn)算放大器！

審核編輯 黃宇