虽然有时被认为是理所当然的，但设计师不应该忽视电压和电流反馈运放在模拟和混合信号世界中的复杂性。运算放大器放大来自传感器的微小信号，以便模数转换器(adc)将其数字化。它们还可以制造出比仅由线圈和电容器组成的滤波器具有更好特性的有源滤波器。虽然集成电路运算放大器的电路往往是微妙和复杂的，但它的应用原理——至少在最初的近似情况下——是相对简单的。
定义运算放大器
运算放大器，或运算放大器，通常包括高输入阻抗的差分输入级、中增益级和低输出阻抗(不大于100 Ω)的推挽输出级。（图1）．
1.运算放大器的主要特点包括高输入阻抗、低输出阻抗和高开环增益。所有这些都有助于通过反馈和输入阻抗控制闭环增益。
开环电压增益非常高，约为100万。差分输入级意味着一个反相输入和一个非反相输入。双(正和负)电源供应，它可以处理输入信号，不一定参照地。
作为一个实际问题，运算放大器总是使用负反馈。也就是说，输出通过某种阻抗反馈到反相输入。此外，运放可以通过强调不同的性能特征来针对特定的应用进行优化（看到表）．
负反馈控制增益，频域行为
输出阻抗与输入阻抗的比值决定了使用负反馈的运放的增益（图2）．如果其中一个阻抗是无功的(实际上，如果它是电容性反馈阻抗)，并且有一个纯电阻性输入阻抗，增益a由:
在这种情况下，增益特性是频率相关的。从频率域的角度来看，该电路代表一个低通滤波器。在时域中，电路的输出是输入信号的积分。同时，将电路的视电容相乘。通过简单地改变输入电阻，就可以很容易地建立一个输出电压为输入电压积分的0.1倍、1倍或10倍的电路。
输入偏置/偏置和共模
实际输入阶段可能会受到偏置和偏置误差的影响（图3）输入偏置电流(纳米安培数量级)流动，因为输入阻抗是有限的，他们最终影响线性。运放设计者可以用更高的偏置电流来换取更高的速度。偏置表示由两个输入端的偏置电流之间的变化引起的电压差。
3.由于输入阻抗不是无限的，所以存在影响线性的输入偏置电流。电压偏移反映了两个输入端的偏置电流之间的任何差异。
现实世界的运放也受到其最大允许输入电压的限制。这种允许的共模摆动通常低于电源电压。有些运算放大器设计用于轨对轨(或接近轨对轨)输入电压的波动。
电压和电流反馈运算放大器
电压反馈运算放大器和电流反馈运算放大器的拓扑结构在构造和使用上都存在实际差异。
电压反馈(VFB)放大器控制输出电压，实际上，通过一个电压增益级（图4）．两个输入端之间的电压差乘以无量纲增益常数(a)。在负反馈的VFB放大器中，输出的变化驱动倒置和非倒置输入端的电压差为零。
4.VFB放大器采用电压增益级，其中增益常数(a)乘以输入端的电压。
一个理想的VFB应该具有与输入频率无关的非常大的开路增益。然而，在真实的VFB中，开环增益在直流时很大，但在6 dB/octave时滚落（图5）．当开环增益减小时，负反馈运算放大器的增益下降到比R以下F/ R我．当开路增益等于R时F/ R我，电路的总增益将是其直流值的一半。这被称为−3db带宽。
5.在VFB中，在直流时开环增益很大。在此之上，它以6分贝/八度的频率滚动。增益-带宽积，增益与带宽的乘积，在放大器电路的大部分频率范围内是恒定的。
对于大多数频率范围，增益和带宽的乘积，或增益-带宽积(GBP)，成为常数。因此，对于任何给定的现实世界VFB放大器，可以设计一个具有高增益或高带宽的电路，但不能两者兼得。
从拓扑的角度来看，有两个关键因素区分电流反馈(CFB)放大器和VFB放大器。首先，在非倒置输入和倒置输入之间有一个单位增益缓冲器（图6）.缓冲器通常具有非常高的输入阻抗和非常低的输出阻抗。
6.循环流化床放大器在输入端有一个单位增益缓冲器。输出电压是在输入端之间流动的电流，乘以传输阻抗。
缓冲液以多种方式影响循环流化床的开环特性:
- 非常高的输入阻抗在非反相输入
- 非常低的输入阻抗的反相阻抗
- 极低输出阻抗
第二个区别是在循环流化床中，传递函数作用于流过输入端缓冲器的电流，基本上控制输出电压。转移阻抗(Z)乘以这个电流。
在具有负反馈的循环流化床中，来自输出端的信号将试图驱动误差电流为零。这也被称为“当前反馈”。
需要注意的是循环流化床安培没有VFB安培的增益带宽限制。相反，循环流化床放大器限制反馈阻抗的大小，这是作为一个电阻值在数据表中给出。
理想情况下，在CFB安培(和在VFB安培)的电压增益仍然是由馈电到输入电阻的比率。但对于真实世界的放大器，增益会随着频率的增加而增加。因此，反馈电阻的大小影响频率响应，这最终限制了可能的R范围F值。
在实践中，循环流化床放大器的带宽确实会随着增益而略有变化，尽管不像VFB运算放大器那样剧烈。这主要是由于输入缓冲区的非零输出阻抗，其影响是改变环路增益，因此，闭环动力学。
不像VFB放大器，循环流化床运放不经历旋转速率限制。RF单独将控制循环流化床的瞬态响应，就像频率响应一样。同样，循环流化床放大器的输出只需很短的时间(纳秒或更短)就能稳定在其最终值的0.1%以内。
循环流化床的局限性
考虑到它们的增益带宽优势，为什么工程师们还继续用VFB放大器设计电路?首先，VFBs比循环流化床运放具有更低的噪声和更好的直流性能。其次，VFB放大器可以作为积分器简单地使用一个电容作为反馈阻抗。相反，循环流化床运放必须避免在输出和反相输入之间产生直接电容。有一些变通办法，但它们增加了电路的复杂性。
运算放大器的特点
电压反馈运算放大器数据表指定五种不同的增益:开环增益或A卷(可能是160db或更高，没有负反馈)，闭环增益，信号增益，噪声增益和环路增益。
环路增益是开环增益和闭环增益之间的差值，或通过放大器并通过反馈网络返回到输入端的总增益。它包括信号增益和噪声增益。信号增益是输入信号所经历的增益，而噪声增益则反映输出端运放的输入偏置电压和电压噪声。
数据表还将揭示各种失真测量。总谐波失真(THD)和THD+N (THD +噪声)都是测量单音正弦波输入产生的失真。互调失真(Intermodulation distortion, IMD)是对两个音调相互作用产生的动态范围的测量。三阶截距点(IP3)衡量三阶IMD的效果。
其他规格包括1-dB压缩点。它表示从理想的输入/输出传递函数中，输出信号被压缩1db时的输入信号电平。这定义了一个放大器的动态范围的结束。
信噪比(SNR)也定义了动态范围。它测量(以分贝为单位)最大信号水平到噪声地板的均方根水平。
在射频工作中，噪声系数和噪声系数是重要的参数。噪声系数将放大器产生的噪声与室温下50-Ω电阻的热噪声联系起来。噪声系数为噪声因子，以dB表示;也就是10 × log10(噪声系数)。
引用:
- 荣格,沃尔特。”运放的历史．”
- Maliniak,大卫。”在线设计环境揭秘运算放大器谜题，《电子设计》，2004年1月19日。
