=== 第十章 運算放大器 ===

1. === 第十章 運算放大器=== 第10章 運算放大器 10-1 理想運算放大器簡介 10-2 運算放大器之特性及參數 10-3 反相及非反相放大器 10-4 加法器及減法器 10-5 微分器及積分器 10-6 比較器

2. 10-1 理想運算放大器簡介 到目前為止，我們已探討分析過一些重要的半導體元件（如二極體、雙極性電晶體及場效應電晶體），並利用這些半導體元件配合其他電子元件（如電阻、電容、電感及變壓器等），組成特定功能電路（如整流濾波、穩壓、倍壓、截波、箝位及線性放大器等）。當電路內的元件是由個別包裝的分立元件組成時，此電路稱為集總電路（lumped circuit）；若電路內的元件是製作在同一晶片內並加以包裝時，則稱為積體電路（integrated circuit, IC）。

3. 10-1 理想運算放大器簡介 運算放大器（operational amplifier, OP AMP，又簡稱為OPA）是一種多功能直接耦合多級放大器之積體電路，其主要功能特性是由外部連接的元件所決定。藉由不同元件的連接與不同的接線方式，可組成不同功能的電路特性，如反相放大、非反相放大、加法、減法、積分、微分及比較等功能。因為這些電路功能具有線性數學運算特性，所以稱為運算放大器。

4. 10-1 理想運算放大器簡介 運算放大器IC 的內部基本組成電路，如圖10-1 所示，可分成四大部分，分別是： 1.具有兩個輸入信號端的高輸入電阻差動放大電路：其功能是提供兩輸入信號差值放大，而高輸入電阻特性，可使輸入信號不受信號源電阻分壓影響。 2.高電壓增益放大電路：其功能是提供高電壓增益值。

5. 10-1 理想運算放大器簡介 3.具有低輸出電阻的射極隨耦放大電路：其功能是提供高電流增益值與低輸出電阻特性，可使輸出信號不受負載電阻分壓影響。 4.定電流源電路：其功能是提供穩定的直流偏壓電流予各級放大電路。

6. 10-1 理想運算放大器簡介

7. 10-1 理想運算放大器簡介

8. 10-1 理想運算放大器簡介

9. 10-1 理想運算放大器簡介 圖10-3(a)為標準運算放大器IC之電路符號，圖10-3(b)為省略正負電源端之電路符號，常用於電路分析，圖10-4 為常見之運算放大器IC包裝外觀。

10. 10-1 理想運算放大器簡介

11. 10-1 理想運算放大器簡介 一般放大器只有一個輸入信號端，而運算放大器有兩個輸入信號端，圖10-5(a)為實際運算放大器的等效電路模型，圖10-5(b)為理想運算放大器的等效電路模型，比較其差異，可知理想運算放大器具有下列特性： 1.輸入電阻無窮大：即Ri = ∞，流入運算放大器之輸入電流Ii = 0，使得輸入不受信號源電阻分壓影響。

12. 10-1 理想運算放大器簡介 2.輸出電阻為0：即Ro = 0，使得輸出不受負載電阻分壓影響。 3.開迴路電壓增益無窮大：即Avo = ∞，若接上負回授電阻網路後，其閉迴路增益可由外部負回授電阻決定。 輸出信號經由某一網路接回至反相輸入端者，稱為負回授；接回至非反相輸入端者，稱為正回授。一般負回授應用於放大器，正回授應用於振盪電路，振盪電路將於第11 章說明。

13. 10-1 理想運算放大器簡介

14. 10-1 理想運算放大器簡介 運算放大器的輸入工作模式可分為單端輸入模式（single-ended input mode）、差模輸入模式（differential input mode）與共模輸入模式（common input mode）。

15. 10-1 理想運算放大器簡介 單端輸入模式 1

16. 10-1 理想運算放大器簡介 差模輸入模式 2

17. 10-1 理想運算放大器簡介 共模輸入模式 3

18. 10-1 理想運算放大器簡介 上述結果說明，理想運算放大器只會放大兩輸入端之差值信號，若兩輸入端信號相等（即共模輸入）時，其輸出電壓為0。

19. 10-1 理想運算放大器簡介 運算放大器的主要功能特性有二：一是負回授虛短路功能特性，二是比較器功能特性。此小節僅說明其基本觀念，至於其功能特性之應用，將於後續章節詳細說明之。

20. 10-1 理想運算放大器簡介 放大器的負回授基本觀念 1 因理想運算放大器的開迴路電壓增益為無窮大，在作為放大器使用時，必須加入負回授網路，以控制其閉迴路增益值。如圖10-9(a)為OPA 加入負回授網路後之等效方塊圖電路。

21. 10-1 理想運算放大器簡介

22. 10-1 理想運算放大器簡介

23. 10-1 理想運算放大器簡介

24. 10-1 理想運算放大器簡介 放大器的負回授虛短路（虛接地）功能特性 2

25. 10-1 理想運算放大器簡介 比較器的功能特性 3

26. 10-1 理想運算放大器簡介

27. 10-1 理想運算放大器簡介

28. 10-1 理想運算放大器簡介 瞭解了運算放大器的功能特性，我們即可利用圖10-11 之解題流程圖來推導分析OPA 應用電路。有關OPA 的放大應用電路，將於10-3 與10-4 小節討論，比較器應用電路則於10-5 小節討論。

29. 10-1 理想運算放大器簡介

30. 10-2 運算放大器之特性及參數 為了設計出最佳的運算放大器應用電路，必須瞭解運算放大器的實際特性與參數，以下小節將參考編號µA741 之雙電源運算放大器IC，如圖10-12 所示，來定義與說明運算放大器的特性與參數。表10-1 為µA741 與理想運算放大器之特性與參數比較表。

31. 10-2 運算放大器之特性及參數

32. 10-2 運算放大器之特性及參數

33. 10-2 運算放大器之特性及參數 輸入電阻Ri 1

34. 10-2 運算放大器之特性及參數

35. 10-2 運算放大器之特性及參數 輸入偏壓電流Iib 2

36. 10-2 運算放大器之特性及參數

37. 10-2 運算放大器之特性及參數 輸入抵補電流Iio 3

38. 10-2 運算放大器之特性及參數

39. 10-2 運算放大器之特性及參數 輸入抵補電壓Vio 4

40. 10-2 運算放大器之特性及參數

41. 例題 10-1 10-2 運算放大器之特性及參數

42. 10-2 運算放大器之特性及參數 輸出電阻Ro 1

43. 10-2 運算放大器之特性及參數

44. 10-2 運算放大器之特性及參數 輸出短路電流Ios 2

45. 10-2 運算放大器之特性及參數 開迴路電壓增益Avo 3

46. 10-2 運算放大器之特性及參數

47. 10-2 運算放大器之特性及參數 共模拒斥比CMRR 4

48. 10-2 運算放大器之特性及參數

49. 10-2 運算放大器之特性及參數 實務上，因接地雜訊會同時出現在兩輸入端，為同相之共模雜訊信號Vc，故運算放大器若只放大差模信號，而不放大共模信號，則可去除雜訊之干擾。為衡量運算放大器排拒共模雜訊信號之能力，定義差模增益與共模增益之比值為共模拒斥比（common-mode rejection ratio, CMRR），即：

50. 例題 10-2 10-2 運算放大器之特性及參數