运算放大器是线性设计的基本组成部分之一。 在其经典形式中，它由两个输入端和一个输出端组成，其中一个用于反转信号的相位，另一个保持相位。 图 1 给出了运算放大器的标准符号。忽略了电源端子。
图1 标准放大器的符号
名称“op amp”是运算放大器的标准缩写。 这个名字来自放大器设计的早期，当时运算放大器用于模拟计算机。 （是的，第一台计算机本质上是模拟的，而不是数字的）。 当基本放大器与少量外部元件一起使用时，可以执行各种数学“运算”，例如加法、积分等。模拟计算机的主要用途之一是在二战期间，当时它们被用于绘制弹道图轨迹。
理想电压反馈 (VFB) 模型
理想电压反馈（VFB）运算放大器的经典模型具有以下特点：
1. 无限输入阻抗
2.无限带宽
3.无限电压增益
4. 零输出阻抗
5. 零功耗
当然，这些都无法真正实现。 实际实现与这些理想的接近程度决定了运算放大器的质量。
这称为电压反馈 (VFB) 模型。 这种类型的运算放大器包括几乎所有低于 10 MHz 带宽的运算放大器，以及大约 90% 的带宽较高的运算放大器。电流反馈 (CFB) 是另一种运算放大器架构，将在单独的教程中进行讨论。 图 2 总结了理想 VFB 运算放大器的属性。
图2 理想电压反馈运算放大器
理想的运算放大器属性：
1、无限差分增益
2、零共模增益
3、零偏置电流
4、无限带宽
运算放大器输入属性：
1、无限阻抗
2、零偏置电流
3、响应差分电压
4、不响应共模电压
运算放大器输出属性：
1、零阻抗
基本工作原理
理想运算放大器的基本操作很容易概括。首先，我们假设有一部分输出被反馈到反相端，以建立放大器的固定增益。这是负反馈。运算放大器输入端子上的任何差分电压都会乘以放大器的开环增益，该增益对于理想运算放大器来说是无限的。如果此差分电压的幅度在反相 (–) 端子上比在非反相 (+) 端子上更正，则输出将摆动为负值。如果同相 (+) 端子上的差分电压幅度比反相 (–) 端子上的差分电压幅度更大，则输出电压将摆动为正。放大器的无限开环增益将试图将差分输入电压强制为零。只要输入和输出保持在放大器的工作范围内，它将保持差分输入电压为零，输出将是输入电压乘以反馈网络确定的增益。值得注意的是输出响应差模电压而不是共模输入电压。
反相和非反相配置
将理想电压反馈运算放大器配置为放大器有两种基本方法。图3显示了所谓的反转配置。在这种电路中，输出与输入不同步。该电路的信号增益由所用电阻器的比率决定，并由下式给出：
图3 反相模式运算放大器级
图4显示了所谓的非反转配置。使用该电路，输出与输入同相。电路的信号增益也由所用电阻的比率决定，由下式给出：
图4 非反相模式运算放大器级
注意，由于输出驱动一个分压器（增益设置网络），在反向端可用的最大电压是全输出电压，当电路配置为最小增益I（RG=oo）时，还应注意，在反相和非反相配置中，反馈来自反相端子的输出。这是一种负反馈，对设计人员有很多好处。还应注意，增益是基于电阻器的比率，而不是它们的实际值。
然而，如果电阻器的值太低，opamp输出需要大量电流才能正常工作。这会导致运放本身的功耗过大。这有很多缺点。功耗的增加会导致芯片的自热，从而导致运放本身的直流特性发生变化。此外，产生的热量最终会导致结温上升到150摄氏度以上，这是大多数半导体通常接受的最高极限。结温是硅芯片本身的温度。另一方面，如果电阻值过高，则会增加噪声和对寄生电容的敏感性，这也会限制带宽，并可能导致不稳定和振荡。从实际意义上讲，低于10 Ω和高于1MΩ的电阻器更难采购，特别是在需要精密电阻器的情况下
反向运算放大器增益推导
让我们更详细地看看反向放大器的情况。参考图5，非反相端子接地。我们假设一个双极（正极和负极）电源。由于运算放大器将迫使输入端的差分电压为零，因此输入端似乎也在地上。事实上，这个节点通常被称为“虚拟地”。
图5 反向放大器增益
如果有电压（Vin）施加到输入电阻器上，它将通过电阻（RG）流过电流（I1），因此：
因为理想运算放大器的输入阻抗是无限的，所以没有电流流入反向端输入。因此，同样的电流（I1）必须流过反馈电阻器（Rp）。由于放大器将迫使反相端子接地，因此输出将假定一个电压（VOUT），于是
可得
非反向放大器增益推导
图6 非反向放大电路增益
现在我们更详细地研究非反向情况。参考图6，输入电压施加在非反相端子上。输出电压驱动由RF和RG组成的分压器。两个电阻器接合处的反相端子（VA）上的电压等于
运算放大器的负反馈作用将迫使差分电压为0，因此
在以上所有讨论中，我们将增益设置组件称为电阻器。事实上，它们是阻抗，而不仅仅是电阻。这使我们能够构建依赖频率的放大器。