運算放大器 OP-Amp (一)

時常收到客人關於OP-AMP的查詢，設計電路時為特定應用選擇正確的運算放大器時仍然感到很困難

新手固然不太能掌握當中原理，就算是有經驗的工程設計師在選擇OP-AMP時，亦有可能忽略了部份參數，而影響了產品的運作，因為有些是通用的，有些則噪聲低，有些則輸入阻抗高，等等。我就用OP-AMP做我第一篇基礎電子知識文章，從分類、應用及線路等，為大家由淺入深刻認識OP-AMP

運算放大器 (Operational Amplifier, 或簡稱op-amp)是許多電子設計的基本組成部分之一。它們用途廣泛，幾乎可以在運用在任何應用中。使用範圍從簡單地將小信號放大到高級模擬信號處理。在查看實際op-amp的現實情況的規格之前，將我介紹理想（ideal）的op-amp模型（這對之後的理解非常重要！）。當然，理想的模型只是方便簡化設計中涉及的數學運算，但在實踐中不存在。

理想運算放大器的一些特徵是：

無限增益（gain）
無限輸入阻抗（input impedance）
無限帶寬（bandwidth）— 運算放大器的增益不受頻率的影響。
無限的擺率（slew rate）— 運算放大器的輸出可以根據需要快速變化。
零輸入偏置電流（input bias current）— 沒有電流流入輸入端。
零輸入失調電壓（input offset voltage）— 運算放大器的輸入相等時，其輸出為零。

查看下面的實際參數時，請先記住這幾項「理想」參數。

參數指標

像許多IC一樣，op-amp也有多種規格需要牢記。以下列表細分了運放系列在眾多應用的一般劃分。劃分好，之後對個別應用的參數要求更能容易理解。

音頻（Audio）：這些運算放大器針對音頻的低噪聲和失真進行了優化。此類別的放大器沒有輸出功率級。
緩衝器（Buffer）：運算放大器配置為模擬線路中的緩衝器，通常是單位增益。這些通常只有一個輸入，不能用作為一般的運算放大器。
CMOS：即是運算放大器中使用的是CMOS工藝技術，而不是傳統的雙極工藝。CMOS運算放大器通常比雙極型器件具有更高的輸入阻抗和更低的功耗。
電流反饋（Current Feedback）：運算放大器其輸出與電流成比例，而不是電壓。這類型運算放大器通常具有更快的壓擺率和不受頻率影響的增益。
電流檢測（Current Sense）：一種運算放大器用於測量電阻兩端的小壓降，其中輸出電壓與通過電阻的電流成比例。
差分（Differential）：從技術上講，所有運算放大器都是差分放大器，但通常是代表用於放大單個信號。這類型的差動被設計為放大兩個信號之間的差別。
儀表（Instrumentation）：這些放大器通常由3個獨立的放大器組成。輸入先通過緩衝放大器，然後分別饋入差分放大器。這類放大器專為高精度、高輸入阻抗和高開環增益而設計。
隔離（Isolation）：具有內置光電隔離器的運算放大器，可將輸入與輸出物理隔離。
JFET：使用JFET工藝製造的運算放大器。與雙極型器件相比，它們具有更高的輸入阻抗和更低的輸入偏置電流。
限制（Limiting）：可以在內部箝位輸出電壓的放大器。
對數（Logarithmic）：放大器的輸出與輸入相對於參考的對數成正比。
功率（Power）：具有輸出功率級的運算放大器，使其可以提供比典型運算放大器更多的電流。
可編程增益（Programmable Gain）：具有可變增益的運算放大器，可以進行數字編程。這類型在封裝後可以通過選擇引腳或通過串行接口（如SPI）來完成。
採樣和保持（Sample and Hold）：通常與模數轉換器（ADC）一起使用，這些放大器將保持足夠長的輸出值以完成轉換。
跨傳導（Transconductance）：這類型放大器，它接受電壓輸入並產生電流輸出。
跨阻抗（Transimpedance）：這類型放大器，其輸入電流並產生電壓輸出。
可變增益（Variable Gain）：與可編程增益放大器相似，但是增益可以通過數字或模擬電壓進行控制。
電壓反饋（Voltage Feedback）：除非指定為電流反饋放大器，否則所有運算放大器均使用電壓反饋。
零漂移（Zero-Drift）：這類型的特點是低偏移（offset）電壓和隨溫度變化的低偏移漂移。