運(yùn)算放大器核心是一個差動放大器。就是兩個三極管背靠背連著。共同分擔(dān)一個橫流源的電流。三極管一個是運(yùn)放的正向輸入，一個是反向輸入。正向輸入的三極管放大后送到一個功率放大電路放大輸出。這樣，如果正向輸入端的電壓升高，那么輸出自然也變大了。如果反相輸入端電壓升高，因為反相三級管和正向三級管共同分擔(dān)了一個恒流源。反向三級管電流大了，那正向的就要小，所以輸出就會降低。因此叫反向輸入。當(dāng)然，電路內(nèi)部還有很多其它的功能部件，但核心就是這樣的。數(shù)字電路即為TTL或C-MOS邏輯電路，而談到模擬電路，首先就應(yīng)想到運(yùn)算放大器。但是，這里講的運(yùn)算放大器是怎樣一個器件呢？簡而言之，運(yùn)算放大器是具有兩個輸入端，一個輸出端，以極大的放大率將兩輸入端之間的電壓放大之后，傳遞到輸出端的一種放大器。如果以電路符號來表示運(yùn)算放大器，則如右圖，可表示為三角形。它的兩個輸入部分分.I--.別叫做非倒相輸入(1N+)和倒相輸入(IN—)。它以極大的放大率將倒相輸入端與非倒相輸出。人端之間的電壓放大，然后從輸出端(OUT)輸出。模擬/zh2002202發(fā)表于2007-04-09,14:09'、虛斷〃和'、虛短〃概念如果為了簡化包含有運(yùn)算放大器的電子電路，總是假設(shè)運(yùn)算放大器是理想的，這樣就有'、虛短〃和'、虛斷”概念。'、虛短〃是指在理想情況下，兩個輸入端的電位相等，就好像兩個輸入端短接在一起，但事實上并沒有短接，稱為''虛短〃。虛短的必要條件是運(yùn)放引入深度負(fù)反饋。''虛斷〃是指在理想情況下，流入集成運(yùn)算放大器輸入端電流為零。這是由于理想運(yùn)算放大器的輸入電阻無限大，就好像運(yùn)放兩個輸入端之間開路。但事實上并沒有開路，稱為''虛斷”。集成運(yùn)算放大器線性應(yīng)用電路集成運(yùn)算放大器實際上是高增益直耦多級放大電路，它實現(xiàn)線性應(yīng)用的必要條件是引入深度負(fù)反饋。此時，運(yùn)放本身工作在線性區(qū)，兩輸入端的電壓與輸出電壓成線性關(guān)系，各種基本運(yùn)算電路就是由集成運(yùn)放加上不同的輸入回路和反饋回路構(gòu)成。在分析由運(yùn)放構(gòu)成的各種基本運(yùn)算電路時，一定要抓住不同的輸入方式(同相或反相)和負(fù)反饋這兩個基本點。有源濾波電路有源濾波電路仍屬于運(yùn)放的線性應(yīng)用電路。濾波功能由 RC網(wǎng)絡(luò)完成，運(yùn)放構(gòu)成比例運(yùn)算電路用以提供增益和提高帶負(fù)載能力。與無源濾波電路相比有以下優(yōu)點：負(fù)載不是直接和RC網(wǎng)絡(luò)相連，而是通過高輸入阻抗和低輸出阻抗的運(yùn)放來連接，從而使濾波性能不受負(fù)載的影響；電路不僅具有濾波功能，而且能起放大作用。正確理解：共模抑制熟練掌握：差分放大電路工作原理，輸入輸出方式，差模增益，差模輸入和輸出電阻，理想運(yùn)放、實際運(yùn)放的主要參數(shù)難點重點學(xué)好差分放大電路，應(yīng)把重點放在如何正確畫出半電路的直流通路、差模等效電路和共模等效電路上，即要正確決定電路中各個電阻(特別是共用電阻)在不同工作狀態(tài)的值。為了熟練掌握差分放大電路的輸入輸出方式，應(yīng)掌握如下規(guī)律：從輸出端來說，雙端輸出是充分利用了兩管的放大能力，而單端輸出只利用了單邊的放大能力。差分放大電路實質(zhì)上是利用電路的復(fù)雜性來換取抑制零點漂移的效果。從輸入端來說，因為單端輸入可以等效為雙端差模輸入和共模輸入的疊加，所以單端輸入的效果與雙端輸入幾乎一樣。在進(jìn)行差分放大電路靜態(tài)工作點的估算時，要特別注意在單端輸出的情況下，雖然兩管的BQ、EQ、CQ取決于射極回路，因而是兩垂直對稱的，但兩管的集電極電流卻是不對稱的。差分式放大電路的特點(1)在電路組成上引入共模負(fù)反饋，電路具有對稱性。分為長尾電路和帶恒流源的電路。(2)在電路性能上有較強(qiáng)的抑制共模信號(抑制零點飄移)能力和放大差模信號的能力。注意比較負(fù)反饋放大電路和波形產(chǎn)生電路中自激條件的異同。對每一類波形產(chǎn)生電路，都要從產(chǎn)生振蕩的條件出發(fā)，分析其電路組成和工作原理。一、正弦波振蕩的條件振蕩平衡條件：AF=1幅度平衡條件：|AF|=1；相位平衡條件：中A+中F=2nn(n=0，1，2......)起振條件：AF>1幅度起振條件：|AF|>1；相位平衡條件：中A+中F=2nn(n=0，1，2......)觀看動畫二、正弦波產(chǎn)生電路其組成包括放大、反饋、選頻、穩(wěn)幅等基本部分。以保證產(chǎn)生單一頻率和幅值穩(wěn)定的正弦波。根據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)的不同，要求掌握RC橋式正弦波振蕩電路的電路結(jié)構(gòu)、工作原理和振蕩頻率計算；三點式振蕩電路的電路結(jié)構(gòu)和振蕩頻率計算。三、電壓比較器集成運(yùn)放一般為開環(huán)或正反饋應(yīng)用，處于非線性工作狀態(tài)，輸入與輸出間不是線性關(guān)系。其輸入量是模擬量，輸出量一般是高電平和低電平兩種穩(wěn)定狀態(tài)的電壓。可用于把各種周期性信號轉(zhuǎn)換成矩形波。要求掌握各種電壓比較器的電路結(jié)構(gòu)、傳輸特性及閾值電壓的計算。運(yùn)算放大器（簡稱“運(yùn)放”）的作用是調(diào)節(jié)和放大模擬信號。常見的應(yīng)用包括數(shù)字示波器和自動測試裝置、視頻和圖像計算機(jī)板卡、醫(yī)療儀器、電視廣播設(shè)備、航行器用顯示器和航空運(yùn)輸控制系統(tǒng)、汽車傳感器、計算機(jī)工作站和無線基站。理想的運(yùn)放理想的運(yùn)放如圖1所示。通過電阻元件（或者更普遍地通過阻抗元件）施加的負(fù)反饋可以產(chǎn)生兩種經(jīng)典的閉環(huán)運(yùn)放配置中的任何一種：反相放大器（圖2）和非反相放大器（圖3）。這些配置中的閉環(huán)增益的經(jīng)典等式顯示，放大器的增益基本上只取決于反饋元件。另外，負(fù)反饋還可以提供穩(wěn)定、無失真的輸出電壓。電壓反饋（YEB）運(yùn)放電壓反饋運(yùn)放與前文介紹的理想運(yùn)放一樣，它們的輸出電壓是兩個輸入端之間電壓差的函數(shù)。為設(shè)計用途，電壓反饋運(yùn)放的數(shù)據(jù)表定義5種不同的增益：開環(huán)增益（Avol）、閉環(huán)增益、信號增益、噪聲增益和環(huán)路增益。負(fù)反饋可以改變Avol的大小。對高精度放大器來說，無反饋運(yùn)放的Avol值非常大，約為160dB或更高（電壓增益為10,000或更高）。1蜘呻卿ad伽曲：gainYZerovpmnoi-ngdaidtege￥ZeF00fS6tV0lll$B￥ZerolitascuifshE^Highmputinifedincebi?cutrnt￥^(MidIddilfoHNiial-nnde伽瞄wYlgnorecqaiiEBon-madivo源睥Op-smpouljiut:Hewsourcetrnofdanc&圖i：理想的運(yùn)放avol的范圍很大，在數(shù)據(jù)表中它通常以最小/最大值給出。avol還隨著電壓電平、負(fù)載和溫度的變化而變化，但這些影響都很小，通常可以忽略不計。當(dāng)運(yùn)放的反饋環(huán)路閉合時，它可以提供小于avol的閉環(huán)增益。閉環(huán)增益有信號增益和噪聲增益兩種形式。信號增益(A)指輸入信號通過放大器產(chǎn)生的增益，它是電路設(shè)計中頭等重要的增益。下面給出了電壓反饋電路中信號增益的兩個最常見的表達(dá)式，它們被廣泛用在于反相和同相運(yùn)放配置中。圖2：反相放大器(a)和非反相放大器(b)是兩種經(jīng)典的閉環(huán)運(yùn)放配置對于反相放大器，A=-Rfb/Rin對于同相放大器，A=1+Rfb/Rin其中，Rfb是反饋電阻，Rin是輸入電阻。噪聲增益指運(yùn)放中的噪聲源增益，它反映了放大器的輸入失調(diào)電壓和電壓噪聲對輸出的影響。噪聲增益的等式與上述同相放大器的信號增益等式相同。噪聲增益非常重要，因為它被用來確定電路穩(wěn)定性。另外，噪聲增益還是在波特圖中使用的閉環(huán)增益，波特圖可以向電路設(shè)計工程師提供放大器的最大帶寬和穩(wěn)定性信息。環(huán)路增益等于開環(huán)增益與閉環(huán)增益之差，或者等于輸入信號通過放大器并由反饋網(wǎng)絡(luò)返回至輸入端的總增益。噪聲增益?針對最優(yōu)噪聲增益?針對最優(yōu)性能有固定的反饋電阻，增大反饋電阻會導(dǎo)致帶寬降低，而降低電阻則可能導(dǎo)致不穩(wěn)定；?對于固定的反饋電阻，改變增益對帶寬幾乎沒影響；?電流反憒運(yùn)放沒有固定的磐益帶寬積。電流反饋運(yùn)放的頻率響應(yīng)G1(fgG2阿開環(huán)磐益，A(s)如果增益帶寬積二X,則Y(fcL)二X,fcL=X丫其中丘是閉環(huán)帶寬\/圖3：(a)波特圖上的開環(huán)增益和噪聲增益曲線;(b)電流反饋運(yùn)放的頻率響應(yīng)電壓反饋運(yùn)放的增益帶寬積理想運(yùn)放的增益和帶寬都是無限大的。最常見的真實運(yùn)放采用電壓反饋，這種運(yùn)放的增益和頻率在被稱為“增益帶寬積(GBW)”的特性中是有關(guān)系的。電壓反饋運(yùn)放中的這種關(guān)系允許電路設(shè)計工程師通過控制反饋電阻(或者阻抗)，在帶寬和增益之間進(jìn)行折衷。對數(shù)響應(yīng)曲線(波特圖)給出了電壓反饋運(yùn)放的增益隨頻率的變化關(guān)系，并有助于解釋GBW。從直流到由反饋環(huán)路的主極點決定的頻率之間，增益是恒定不變的。在該頻率之上，增益以6dB/8倍程或20dB/10

倍程的速率衰減。這稱為單極或者一階響應(yīng)。6dB/8倍程的衰減速率意味著如果頻率升高一倍，增益就會減半。電壓反饋運(yùn)放的這種特性使電路設(shè)計工程師可在帶寬和增益之間進(jìn)行折衷。在一個波特圖中畫出運(yùn)放的開環(huán)增益和噪聲增益曲線，兩者的交叉點決定了最大帶寬或放大器的閉環(huán)頻率（fcL）（圖4）。這兩條曲線的交叉點在波特圖增益軸（縱軸）上處于比最大增益小3dB的位置上。事實上，噪聲增益漸近地逼近開環(huán)增益。漸近響應(yīng)和真實響應(yīng)在fcL上下各一個倍程上之差將為1dB。輸入偏置電流輸入偏置電流?失調(diào)電壓：?失調(diào)電壓：必須施加在運(yùn)放輸入端的差分電壓,以便產(chǎn)生0V輸出。?不同類型運(yùn)放的失調(diào)電壓范圍：-翻波穩(wěn)定型運(yùn)放 <1mV-通用高糖度運(yùn)放 50-500mV-最好的雙極型運(yùn)危 10-25 mV-最好的FETgft 100-1000mV-高速運(yùn)放 WO-2DOO mV-UntrimedCMOS運(yùn)放 5000-50.000mV-DigTrimCMOS運(yùn)成 <1000mV㈤?可變參數(shù)?根據(jù)不同器件，UeofA（每秒3個電子）到幾十mA,—些架構(gòu)具有匹配非常好的虹而有些架構(gòu)則沒有?在一些架構(gòu)中.上幾乎不隨溫度變化.而溫度每升高10^,FET運(yùn)放的上就翻倍。?有些架構(gòu)的0能夠流過任意一個方向（b）圖4：（a）運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓；（b）運(yùn)放的輸入偏置電流運(yùn)放的供電第一款單片運(yùn)放正常工作所需的電源電壓范圍為±15V。如今，由于電路速度的提高和采用低功率電源（如電池）供電，運(yùn)放的電源正在向低電壓方向發(fā)展。盡管運(yùn)放的電壓規(guī)格通常被指定為對稱的兩極電壓（如±15V），但是這些電壓卻不一定要求是對稱電壓或兩極電壓。對運(yùn)放而言，只要輸入端被偏置在有源區(qū)域內(nèi)（即在共模電壓范圍內(nèi)），那么土15V的電源就相當(dāng)于+30V/0V電源，或者+20V/-10V電源。運(yùn)放沒有接地引腳，除非在單電源供電應(yīng)用中把負(fù)電壓軌接地。運(yùn)放電路的任何器件都不需要接地。高速電路的輸入電壓擺幅小于低速器件。器件的速度越高，其幾何形狀就越小，這意味著擊穿電壓就越低。由于擊穿電壓較低，器件就必須工作在較低電源電壓下。如今，運(yùn)放的擊穿電壓一般為±7V左右，因此高速運(yùn)放的電源電壓一般為±5V，它們也能工作在+5V的單電源電壓下。對通用運(yùn)放來說，電源電壓可以低至+1.8V。這類運(yùn)放由單電源供電，但這不一定意味必須采用低電源電壓。單電源電壓和低電壓這兩個術(shù)語是兩個相關(guān)而獨立的概念。運(yùn)放的工藝技術(shù)運(yùn)放主要采用雙極性工藝技術(shù)，但在要求在同一芯片中集成模擬和數(shù)字電路的應(yīng)用中，采用CMOS工藝的運(yùn)放工作得很好。JFET有時在輸入級采用，以增加輸入阻抗，從而降低輸入偏置電流。FET輸入運(yùn)放（無論是N溝道還是P溝通）允許芯片設(shè)計工程師設(shè)計出輸入信號電平可擴(kuò)展至負(fù)電壓軌和正電壓軌的運(yùn)放。由于BJT是電流控制型器件，所以輸入級中的雙極晶體管總是汲取一些偏置電流化）（圖7）。但是，IB會流經(jīng)運(yùn)放外部的阻抗，產(chǎn)生失調(diào)電壓，從而導(dǎo)致系統(tǒng)錯誤。制造商通過在輸入級采用super-beta晶體管或通過構(gòu)建一個補(bǔ)償偏置輸入架構(gòu)，來解決這個問題。super-beta晶體管具有極窄的基極區(qū)，該基極區(qū)所產(chǎn)生的電流增益要比標(biāo)準(zhǔn)BJT中的電流增益大得多。這使得Ib非常低，但這是以頻率響應(yīng)性能降低為代價的。在偏置補(bǔ)償輸入中，小電流源被加在輸入晶體管的基極，這樣，電流源可提供輸入器件所需的偏置電流，從而大幅減小外部電路的凈電流。與BJT相比，CMOS運(yùn)放的輸入阻抗要高得多，從而使該電流源輸出的偏置電流和失調(diào)也小得多。另一方面，與BJT相比，CMOS運(yùn)放具有更高的固有失調(diào)電壓和更高的噪聲電壓，特別是在頻率較低的情況下。按應(yīng)用對運(yùn)放進(jìn)行分類芯片制造商利用不同的電路設(shè)計和工藝技術(shù)來強(qiáng)調(diào)針對特定應(yīng)用的某些運(yùn)放特性。上表列出了這些運(yùn)放類型的常用術(shù)語，以及它們的特性和應(yīng)用范圍。運(yùn)算放大器應(yīng)用設(shè)計的幾個技巧運(yùn)算放大器在電路中發(fā)揮重要的作用，其應(yīng)用已經(jīng)延伸到汽車電子、通信、消費(fèi)等各個領(lǐng)域，并將在支持未來技術(shù)方面扮演重要角色。在運(yùn)算放大器的實際應(yīng)用中，設(shè)計工程師經(jīng)常遇到諸如選型、供電電路設(shè)計、偏置電路設(shè)計、PCB設(shè)計等方面的問題。一、如何實現(xiàn)微弱信號放大？傳感器+運(yùn)算放大器+ADC+處理器是運(yùn)算放大器的典型應(yīng)用電路，在這種應(yīng)用中，一個典型的問題是傳感器提供的電流非常低，在這種情況下，如何完成信號放大？對于微弱信號的放大，只用單個放大器難以達(dá)到好的效果，必須使用一些較特別的方法和傳感器激勵手段，而使用同步檢測電路結(jié)構(gòu)可以得到非常好的測量效果。這種同步檢測電路類似于鎖相放大器結(jié)構(gòu)，包括傳感器的方波激勵，電流轉(zhuǎn)電壓放大器，和同步解調(diào)三部分。他表示，需要注意的是電流轉(zhuǎn)電壓放大器需選用輸入偏置電流極低的運(yùn)放。另外同步解調(diào)需選用雙路的SPDT模擬開關(guān)。另有工程師朋友建議，在運(yùn)放、電容、電阻的選擇和布板時，要特別注意選擇高阻抗、低噪聲運(yùn)算和低噪聲電阻。建議如下：1） 電路設(shè)計時注意平衡的處理，盡量平衡，對于抑制干擾有效，這些在美國國家半導(dǎo)體、BB（已被TI收購）、ADI等公司關(guān)于運(yùn)放的設(shè)計手冊中均可以查到。2） 推薦加金屬屏蔽罩，將微弱信號部分罩起來（開個小模具），金屬體接電路地，可以大大改善電路抗干擾能力。3） 對于傳感器輸出的nA級，選擇輸入電流pA級的運(yùn)放即可。如果對速度沒有多大的要求，運(yùn)放也不貴。儀表放大器當(dāng)然最好了，就是成本高些。4） 若選用非儀表運(yùn)放，反饋電阻就不要太大了，M歐級好一些。否則對電阻要求比較高。后級再進(jìn)行2級放大，中間加入簡單的高通電路，抑制50Hz干擾。二、 運(yùn)算放大器的偏置設(shè)置在雙電源運(yùn)放在接成單電源電路時，工程師朋友在偏置電壓的設(shè)置方面會遇到一些兩難選擇，比如作為偏置的直流電壓是用電阻分壓好還是接參考電壓源好？有的網(wǎng)友建議用參考電壓源，理由是精度高，此外還能提供較低的交流旁路，有的網(wǎng)友建議用電阻，理由是成本低而且方便，雙電源運(yùn)放改成單電源電路時，如果采用基準(zhǔn)電壓的話，效果最好。這種基準(zhǔn)電壓使系統(tǒng)設(shè)計得到最小的噪聲和最高的PSRR。但若采用電阻分壓方式，必須考慮電源紋波對系統(tǒng)的影響，這種用法噪聲比較高，PSRR比較低。三、 如何解決運(yùn)算放大器的零漂問題？有網(wǎng)友指出，一般壓電加速度傳感器會接一級電荷放大器來實現(xiàn)電荷一一電壓轉(zhuǎn)換，可是在傳感器動態(tài)工作時，電荷放大器的輸出電壓會有不歸零的現(xiàn)象發(fā)生，如何解決這個問題？對此，網(wǎng)友“Frank”分析道，有幾種可能性會導(dǎo)致零漂：1）反饋電容ESR特性不好，隨電荷量的變化而變化；2）反饋電容兩端未并上電阻，為了放大器的工作穩(wěn)定，減少零漂，在反饋電容兩端并上電阻，形成直流負(fù)反饋可以穩(wěn)定放大器的直流工作點；3）可能挑選的運(yùn)算放大器的輸入阻抗不夠高，造成電荷泄露，導(dǎo)致零漂。網(wǎng)友“camel”和“windman”還從數(shù)學(xué)分析的角度對造成零漂的原因進(jìn)行了詳細(xì)分析，認(rèn)為除了使干擾源漂移小以外還必須使傳感器、纜線電阻要大，運(yùn)放的開環(huán)輸入阻抗要高、運(yùn)放的反饋電阻要小，即反饋電阻的作用是為了防止漂移，穩(wěn)定直流工作點。但是反饋電阻太LFC2高增益運(yùn)算放大器LFC3中增益運(yùn)算放大器LFC4低功耗運(yùn)算放大器LFC54低功耗運(yùn)算放大器LFC75低功耗運(yùn)算放大器F003通用II型運(yùn)算放大器F004(5G23)中增益運(yùn)算放大器F005中增益運(yùn)算放大器F006通用II型運(yùn)算放大器F007(5G24)通用III型運(yùn)算放大器F010低功耗運(yùn)算放大器F011低功耗運(yùn)算放大器F1550射頻放大器F1490寬頻帶放大器F1590寬頻帶放大器F157/A通用型運(yùn)算放大器F253低功耗運(yùn)算放大器F741(F007)通用III型運(yùn)算放大器F741A通用型運(yùn)算放大器F747雙運(yùn)算放大器OP-07超低失調(diào)運(yùn)算放大器OP111A低噪聲運(yùn)算放大器F4741通用型四運(yùn)算放大器F101A/201A通用型運(yùn)算放大器F301A通用型運(yùn)算放大器F108通用型運(yùn)算放大器F308通用型運(yùn)算放大器F110/210電壓跟隨器F310電壓跟隨器F118/218高速運(yùn)算放大器F441低功耗JEET輸入運(yùn)算放大器F318高速運(yùn)算放大器F124/224四運(yùn)算放大器F324四運(yùn)算放大器F148通用型四運(yùn)算放大器F248/348通用型四運(yùn)算放大器F158/258單電源雙運(yùn)算放大器F358單電源雙運(yùn)算放大器F1558通用型雙運(yùn)算放大器F4558雙運(yùn)算放大器LF791單塊集成功率運(yùn)算放大器LF4136高性能四運(yùn)算放大器FD37/FD38運(yùn)算放大器FD46高速運(yùn)送放大器LF082高輸入阻抗運(yùn)送放大器LFOP37超低噪聲精密放大器LF3140高輸入阻抗雙運(yùn)送放大器LF7650斬波自穩(wěn)零運(yùn)送放大器LZ1606積分放大器LZ19001撓性石英表伺服電路變換放大器LBMZ1901熱電偶溫度變