53、运算放大器：原理、应用与比较

运算放大器：原理、应用与比较

1. 理想运算放大器概述

运算放大器（op amp）是许多电子电路的基本构建模块。尽管它由众多晶体管组成，但通常被视为单一的理想电路元件。将运算放大器视为理想元件，能简化其在放大器、缓冲器、滤波器和数据转换器等电路中的应用。

1.1 开环等效电路

运算放大器本质上是高增益放大器，多数情况下作为更大电路的一部分，通过反馈来确定电路的整体传递函数。为简化初步电路分析和设计，常使用理想运算放大器这一抽象概念。理想运算放大器具有以下四个参数：
- 无限增益
- 无限带宽
- 输入不消耗信号功率
- 输出不受负载影响

虽然实际中无法实现这些规格，但在大多数应用中，实际运算放大器的非理想特性可忽略不计。

理想运算放大器的示意图为一个三角形，有两个输入和一个或两个输出。单输出时称为单端运算放大器，双输出时称为全差分运算放大器。由于运算放大器需要提供增益，因此需要外部电源，但在理想情况下，电源对放大器性能无影响，所以在电路符号中不显示。

根据输入和输出的不同，理想运算放大器有四种实现方式，如下表所示：
| 输入 | 输出 | 增益 | 类型 |
| — | — | — | — |
| V | V | Av | 电压运算放大器 |
| I | V | Rm | 跨阻运算放大器 |
| I | I | Ai | 电流运算放大器 |
| V | I | Gm | 跨导运算放大器 |

1.2 电压运算放大器

理想电压运算放大器是具有无限增益的电压控制电压源。若非反相端（