Входное сопротивление операционного усилителя

Это одно из правил. Для идеального операционного усилителя это

• входное сопротивление бесконечно (входной ток равен нулю)
• выигрыш бесконечен
• выходное сопротивление равно нулю
• входное напряжение смещения равно нулю

Если бы эти требования не были соблюдены, несколько основных схем операционных усилителей не работали бы. Возьмем, к примеру, инвертирующий усилитель.

Передаточная функция

$\mathrm{V_{OUT} = - \dfrac{R_f}{R_{IN}} \cdot V_{IN}}$

как получено в этом ответе . Доказательство основано на бесконечном входном импедансе, но вы не можете объяснить передаточную функцию, основанную на равенстве обоих входов, потому что это не свойство операционного усилителя! Так называемые доказательства, исходящие из того, что инвертирующий вход находится на земле, недействительны.

Обратите внимание, что входные операционные усилители на полевых транзисторах работают лучше, чем их аналоги на биполярных транзисторах. Первый будет иметь входной ток pA, тогда как для второго это может быть несколько$\mu$А.

Дополнительная литература:
Операционные усилители для всех

Очень высокое входное сопротивление приближает нас к идеальному операционному усилителю. Характеристики идеального операционного усилителя:

• Бесконечная пропускная способность
• Бесконечный выигрыш
• Бесконечное входное сопротивление

Идеальный операционный усилитель существует потому, что его использование в качестве основы для анализа обеспечивает несколько полезных сокращений, упрощающих математику. Бесконечное входное сопротивление важно, потому что оно гарантирует, что ток не пойдет в операционный усилитель. Это упрощает анализ схем ОУ с обратной связью.

Кроме того, в большинстве случаев желателен высокий входной импеданс. Это позволяет операционному усилителю правильно считывать и усиливать сигнал с очень слабым возбуждением. Если бы у него был низкий входной импеданс, операционный усилитель снижал бы напряжение слабого сигнала и не усиливал бы его должным образом.

Чем выше входной импеданс, тем меньше вероятность того, что сам операционный усилитель повлияет на входной сигнал.

Думайте о входном и выходном импедансах как о делителе напряжения, состоящем из двух резисторов. Входной импеданс операционного усилителя — это нижний резистор, а выходной импеданс любого устройства, питающего операционный усилитель, — высокий резистор.

В лучшем случае выходной импеданс очень низкий, а входной импеданс очень высокий. В этом случае делитель напряжения едва снижает напряжение.

В худшем случае выходной импеданс очень высокий, а входной импеданс очень низкий. Тогда сигнал может быть разделен до 1/100 исходного напряжения или еще хуже!

Таким образом, лучше, если вход операционного усилителя имеет максимально возможное полное сопротивление.

Есть случаи, когда вам может понадобиться более низкое входное сопротивление. Но в этих случаях вы обычно просто подключаете нагрузочный резистор к входному сигналу и не полагаетесь на то, что операционный усилитель сделает это за вас. Ваш нагрузочный резистор (или согласующий резистор, или что-то еще) будет иметь более высокие допуски, чем то, что обычно дает вам операционный усилитель.

Все ответы хороши, но за этим стоит более основная и важная концепция, частично объясненная Дэвидом.

Операционный усилитель, по крайней мере, самый распространенный тип операционных усилителей, представляет собой компонент с входным напряжением и выходным напряжением: это означает, что он принимает напряжение в качестве входа, выполняет некоторую операцию и выдает другое напряжение.

Для считывания напряжения необходимо подключить прибор к источнику напряжения, как если бы вы сделали это с вольтметром: этот прибор должен быть подключен параллельно (должен измерять то же напряжение) к самому источнику, и он увидит ток на нем, который зависит на входном сопротивлении самого прибора, в данном случае операционного усилителя. Ток также будет протекать по выходному сопротивлению источника, как показано на рисунке:

Ток на резисторе вызовет падение входного напряжения операционного усилителя, которое больше не будет равно источнику: мы этого не хотим.

Таким образом, если операционный усилитель имеет бесконечное сопротивление, ток на входе будет равен нулю, а считываемое напряжение будет равным Vg, что и требовалось. Конечно, это идеальное состояние, но чем выше, тем лучше.