OPA (Operational Amplifier, 運算放大器)

基本概念

OPA 是一種高增益的電子放大器，主要用途是將輸入的微小電壓差放大。它本身通常用於組成各種模擬電路，例如訊號放大、濾波、比較、運算等。

• 無限大的輸入阻抗
• 零輸出阻抗
• 無限大的開迴路增益

結構與符號

OPA 的基本符號如下所示:

更詳細的內部模型如下:

輸出公式為: V_o = A(V⁺ - V^-)，這邊要注意的是，實際的放大器會偏離理想情況，增益 A  < ∞，實際增益可能是10⁵~10⁶，雖然很大但不是無限、輸入電阻趨近於無限、輸出電阻趨近於0。

閉迴路增益 (Closed-loop gain)

即透過 回授電路 (Feedback Network) 控制後，OPA 輸入與輸出的實際增益。典型的例子為非反向放大器(圖1)、反向放大器(圖2)。

由於理想OPA的輸入阻抗為無窮大，故沒有電流流入或流出OPA的輸入端，即 I = 0，，另外該注意的還有一點，經輸入電壓放大後的輸出電壓，若超過V_CC或低於-V_CC，則輸出飽和，輸出電壓會維持在V_CC或-V_CC這兩個數值，也就是說，輸出電壓的範圍不會超過這兩個數值_。

_虛短路

在運算放大器工作於 負回授 (Negative Feedback) 條件下時，兩個輸入端電壓會 幾乎相等，因為:

約為0，也就是說，V⁺ = V^-，兩端電壓差趨近 0，彷彿被一條線短路起來，卻沒有電流通過，所以才稱為虛短路。

虛短路成立的條件為工作於線性區，若進入飽和區，則電路就不適用虛短路特性。

反向放大器

利用輸入電流為0特性，我們知道流入R1的電流會等於流入R2的電流、另外再套用虛短路特性可以這樣列式:

以上就是反向放大器的電壓增益公式。

非反向放大器

列式如下:

以上就是非反向放大器的電壓增益公式。