运算放大器基本原理图

运算放大器（Operational Amplifier，简称“Op Amp”）是现代电路设计中最基本和常用的模拟电路件之一。它具备高增益、高输入阻抗、低输出阻抗、良好的线性、可控的功率消耗、广泛的增益带宽积等优点，是信号处理和控制系统中的重要组成部分。某种程度上说，运算放大器既能作为电路的“工具”，也能作为电路的“建筑材料”，应用领域涉及模拟滤波、信号调理、比较计算、电压转换、放大缩小、积分微分等方面。

运算放大器的基本原理图如下所示：


结合上图，我们来从多个角度分析一下运算放大器的基本原理。

整体结构

运算放大器的整体结构可以分为输入端、输出端和电源端三部分组成。

1. 输入端（非反馈端）通常包含两个端口：一个是反相输入端，记号为“-”，一个是同相输入端，记号为“+”，不同的输入端口具有不同的电阻值。一般情况下，反相端的电阻接近无限大，因此非反馈式运算放大器的输出电压等于反相输入端电压。

2. 输出端（反馈端）是一个高电阻输出，它可产生一个电压增益，即输入电压和输出电压间的比率。

3. 电源端常用双电源供电，+V代表正电源，-V代表负电源，大多用±12V或±15V的直流电源。

符号表示

运算放大器的符号表示如下：


其中，三角箭头表示输入端，箭头顶点在非反馈端，而箭头指向在反馈端；“V+”和“V-”分别表示非反馈端和反馈端的电压。

理想模型

运算放大器最初的设计是基于理想放大器模型，这个模型被认为具有无限高的变化因子、无限高的输入阻抗、零输出阻抗、无限低的共模电压增益等特性。然而，在现实电路中，由于操作放大器的加工和性能受限，设计者们会遇到更加实际的问题，这些问题包括：电源范围、带宽功率、输入偏置电流、噪声和失调等。

应用实例

运算放大器广泛应用于模拟电子学、信号滤波等领域。例如，在交流电压测量时，运算放大器被用作差分放大器，它可用于进行单一触点的电阻建模，其实现方法是将运算放大器输出直接连接到两个无源电阻上，然后再将输入信号连接到这两个电阻的连接点上。在可变增益调节器中，运算放大器将输入信号放大特定的倍数。在音频放大器中，运算放大器可通过调整其放大倍数来控制声音的音量。