1、.16 個(gè)問(wèn)答講透了運(yùn)放的秘密運(yùn)算放大器的基礎(chǔ)原理運(yùn)算放大器具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，如圖1-1 所示，其中標(biāo)有“ + ”號(hào)的輸入端為“同相輸入端”而不能叫做正端)，另一只標(biāo)有“一”號(hào)的輸入端為“反相輸入端” 同樣也不能叫做負(fù)端， 如果先后分別從這兩個(gè)輸入端輸入同樣的信號(hào)，則在輸出端會(huì)得到電壓相同但極性相反的輸出信號(hào)：輸出端輸出的信號(hào)與同相輸人端的信號(hào)同相，而與反相輸入端的信號(hào)反相。圖 1-1 ：運(yùn)算放大器的電路符號(hào)運(yùn)算放大器所接的電源可以是單電源的，也可以是雙電源的，如圖 1-2 所示。運(yùn)算放大器有一些非常有意思的特性，靈活應(yīng)用這些特性可以獲得很多獨(dú)特的用途，總的來(lái)說(shuō)，這些特性可以綜合為兩

2、條：1、運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)為無(wú)窮大。2、運(yùn)算放大器的輸入電阻為無(wú)窮大，輸出電阻為零。.圖 1-2 ：運(yùn)算放大器可接的兩種電源現(xiàn)在我們來(lái)簡(jiǎn)單地看看由于上面的兩個(gè)特性可以得到一些什么樣的結(jié)論。首先，運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)為無(wú)窮大，所以只要它的輸入端的輸入電壓不為零，輸出端就會(huì)有與正的或負(fù)的電源一樣高的輸出電壓本來(lái)應(yīng)該是無(wú)窮高的輸出電壓，但受到電源電壓的限制。 準(zhǔn)確地說(shuō)，如果同相輸入端輸入的電壓比反相輸入端輸入的電壓高， 哪怕只高極小的一點(diǎn)， 運(yùn)算放大器的輸出端就會(huì)輸出一個(gè)與正電源電壓相同的電壓;反之，如果反相輸入端輸入的電壓比同相輸人端輸入的電壓高，運(yùn)算放大器的輸出端就會(huì)輸出一個(gè)與負(fù)電源電壓相同的

3、電壓(如果運(yùn)算放大器用的是單電源，則輸出電壓為零)。其次，由于放大倍數(shù)為無(wú)窮大， 所以不能將運(yùn)算放大器直接用來(lái)做放大器用，必須要將輸出的信號(hào)反饋到反相輸入端(稱為負(fù)反饋 )來(lái)降低它的放大倍數(shù)。如圖1-3 中左圖所示，r1 的作用就是將輸出的信號(hào)返回到運(yùn)算放大器的反相輸入端，.由于反相輸入端與輸出的電壓是相反的，所以會(huì)減小電路的放大倍數(shù)， 是一個(gè)負(fù)反饋電路，電阻rf 也叫做負(fù)反饋電阻。圖 1-3 ：運(yùn)算放大器的反饋電阻接法（左：反相接法，右：同相接法）還有，由于運(yùn)算放大器的輸入為無(wú)窮大，所以運(yùn)算放大器的輸入端是沒(méi)有電流輸入的它只接受電壓。同樣，如果我們想象在運(yùn)算放大器的同相輸入端與反相輸入端之間

4、是一只無(wú)窮大的電阻，那么加在這個(gè)電阻兩端的電壓是不能形成電流的，沒(méi)有電流，根據(jù)歐姆定律，電阻兩端就不會(huì)有電壓，所以我們又可以認(rèn)為在運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸人端電壓是相同的(電壓在這種情況就有點(diǎn)像用導(dǎo)線將兩個(gè)輸入端短路，所以我們又將這種現(xiàn)象叫做“虛短”)。為了更好的學(xué)習(xí)了解運(yùn)算放大器，下面16 個(gè)問(wèn)答可以快速熟悉運(yùn)算放大器基礎(chǔ)。1、一般反相 / 同相放大電路中都會(huì)有一個(gè)平衡電阻，這個(gè)平衡電阻的作用是什么呢 ?(1) 為芯片內(nèi)部的晶體管提供一個(gè)合適的靜態(tài)偏置。芯片內(nèi)部的電路通常都是直接耦合的，它能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)，但是，如果某個(gè)輸入引腳被直接接到了電源或者地，它的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能就不正常了，因.為芯片內(nèi)

5、部的晶體管無(wú)法抬高地線的電壓，也無(wú)法拉低電源的電壓， 這就導(dǎo)致芯片不能滿足虛短、虛斷的條件，電路需要另外分析。(2) 消除靜態(tài)基極電流對(duì)輸出電壓的影響， 大小應(yīng)與兩輸入端外界直流通路的等效電阻值平衡，這也是其得名的原因。2、同相比例運(yùn)算放大器，在反饋電阻上并一個(gè)電容的作用是什么?(1) 反饋電阻并電容形成一個(gè)高通濾波器 , 局部高頻率放大特別厲害。(2) 防止自激。3、運(yùn)算放大器同相放大電路如果不接平衡電阻有什么后果?(1) 燒毀運(yùn)算放大器，有可能損壞運(yùn)放 ,電阻能起到分壓的作用。4、在運(yùn)算放大器輸入端上拉電容，下拉電阻能起到什么作用?(1) 是為了獲得正反饋和負(fù)反饋的問(wèn)題， 這要看具體連接。

6、 比如我把現(xiàn)在輸入電壓信號(hào)，輸出電壓信號(hào)， 再在輸出端取出一根線連到輸入段， 那么由于上面的那個(gè)電阻，部分輸出信號(hào)通過(guò)該電阻后獲得一個(gè)電壓值，對(duì)輸入的電壓進(jìn)行分流，使得輸入電壓變小， 這就是一個(gè)負(fù)反饋。 因?yàn)樾盘?hào)源輸出的信號(hào)總是不變的，通過(guò)負(fù)反饋可以對(duì)輸出的信號(hào)進(jìn)行矯正。.5、運(yùn)算放大器接成 分器，在 分 容的兩端并 阻rf 的作用是什么 ?(1) 泄放 阻，用于防止 出 失控。6、 什么一般都在運(yùn)算放大器 入端串 阻和 容?(1) 如果你熟悉運(yùn)算放大器的內(nèi)部 路的 ， 你會(huì)知道，不 什么運(yùn)算放大器都是由幾個(gè)幾個(gè)晶體管或是 mos 管 成。在沒(méi)有外接元件的情況下，運(yùn)算放大器就是個(gè)比 器， 同相

7、端 高的 候， 會(huì) 出近似于正 的 平， 反之也一 但 運(yùn)放似乎沒(méi)有什么太大的用 ，只有在外接 路的 候，構(gòu)成反 形式，才會(huì)使運(yùn)放有放大，翻 等功能7、運(yùn)算放大器同相放大 路如果平衡 阻不 有什么后果?(1) 同相反相端不平衡， 入 0 也會(huì)有 出， 入信號(hào) 出 比理 出 大 (或小 )一個(gè)固定的數(shù)。(2) 入偏置 流引起的 差不能被消除。8、理想集成運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)是多少 入阻抗是多少其同相 入端和反相 入端之 的 是多少?.(1) 放大倍數(shù)是無(wú)窮大，輸入阻抗是無(wú)窮小，同向輸入和反向輸入之間電壓幾乎相同 (不是 0 哦! 比如同向端為 10v ，反向端為 9.999999v) ，剛考完電

8、工，還記得 !9、請(qǐng)問(wèn)，為什么理想運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)增益為無(wú)限大?(1) 實(shí)際的運(yùn)放開(kāi)環(huán)增益達(dá)到 10 萬(wàn)以上，非常非常大所以把實(shí)際運(yùn)算放大器理的開(kāi)環(huán)增益想化為無(wú)窮大，并由此導(dǎo)出虛地。(2) 導(dǎo)出虛地只是針對(duì)反相放大器而言吧。我在書(shū)上看見(jiàn)：運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)增益無(wú)窮大，可以使得我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路的時(shí)候，閉環(huán)增益可以不受開(kāi)環(huán)增益的限制，而僅僅取決于外部元件。 就是犧牲大的開(kāi)環(huán)增益換取閉環(huán)增益的穩(wěn)定性。(3) 導(dǎo)出虛地是針對(duì)運(yùn)放在負(fù)反饋接法時(shí)不僅僅是反相放大器;正反饋時(shí)沒(méi)有虛地。(4) 很好理解假設(shè)增益很小 , 則 ,對(duì)于一個(gè)輸出電壓 ,加在運(yùn)放兩端的電壓的差值相對(duì)較大 ,如果接成負(fù)反饋狀態(tài) ,就會(huì)帶來(lái)運(yùn)

9、放兩端的電壓的不一致 ,從而引起放大的誤差 。(5) 運(yùn)放“虛短” 的實(shí)現(xiàn)有兩個(gè)條件：1 ) 運(yùn)放的開(kāi)環(huán)增益a 要足夠大 ;2 ) 要有負(fù)反饋電路。先談第一點(diǎn)，我們知道，運(yùn)放的輸出電壓vo等于正相輸入端電壓與反相輸入端電壓之差 vid 乘以運(yùn)放的開(kāi)環(huán)增益a。即 vo = vid * a = (vi+ - vi-) * a.( 1 ) 由于在實(shí)際中運(yùn)放的輸出電壓不會(huì)超過(guò)電源電壓，是一個(gè)有限的值。在這種情況下，如果 a 很大， (vi+ - vi-)就必然很小 ;如果 (vi+ - vi-)小到某程度，那么我們實(shí)際上可以將其看作0 ，這個(gè)時(shí)候就會(huì)有vi+ = vi-，即運(yùn)放的同相輸入端的電壓與反相

10、輸入端的電壓相等， 好像連在一起一樣，這我們稱為“虛短路” 。注意它們并未真正連在一起，而且它們之間還有電阻，這一點(diǎn)一定要牢記。在上面的討論中，我們是怎樣得到“虛短”的結(jié)果的呢 ?我們的出發(fā)點(diǎn)是公式( 1 ) ，它是運(yùn)放的特性，是沒(méi)有問(wèn)題的，我們可以放心。然后，我們作了兩個(gè)重要的假設(shè)，一個(gè)是運(yùn)放的輸出電壓大小有限，這沒(méi)有問(wèn)題，運(yùn)放輸出當(dāng)然不會(huì)超過(guò)電源，因此這個(gè)假設(shè)絕對(duì)成立，所以以后我們就不提了。第二個(gè)是說(shuō)運(yùn)放開(kāi)環(huán)增益a 很大。普通運(yùn)放的a 通常都達(dá) 10的 6 、7 次方甚至更高， 這個(gè)假設(shè)一般沒(méi)問(wèn)題， 但不要忘記， 運(yùn)放的實(shí)際開(kāi)環(huán)增益還與其工作狀態(tài)有關(guān)，離開(kāi)了線性區(qū)， a 就不一定大了，所以

11、，這第二個(gè)假設(shè)是有條件的，我們也先記住這一點(diǎn)。因此我們知道，當(dāng)運(yùn)放的開(kāi)環(huán)增益 a 很大時(shí)，運(yùn)放可以有“虛短” 。但這只是可能性，不是自動(dòng)就實(shí)現(xiàn)的，隨便拿一個(gè)運(yùn)放說(shuō)它的兩個(gè)輸入端是“虛短”沒(méi)有人會(huì)相信。“虛短” 要在特定的電路中才能實(shí)現(xiàn)?！疤摱獭贝嬖诘臈l件是：1 ) 運(yùn)放的開(kāi)環(huán)增益a 要足夠大 ;2 ) 要有負(fù)反饋電路。明白了“虛短” 得條件后我們就很容易判斷什么時(shí)候能什么時(shí)候不能用“虛短” 作電路分析了。在實(shí)際上，條件( 1 ) 對(duì)絕大多數(shù)運(yùn)放都是成立的，關(guān)鍵要.看工作區(qū)域。如果是書(shū)上的電路，通過(guò)計(jì)算判斷;如果是實(shí)際電路，用儀器量運(yùn)放輸出電壓是否合理即可知道。與“虛短”相關(guān)的還有一種情況叫“虛

12、地”，就是有一個(gè)輸入端接地時(shí)的“虛短”，不是新情況。有些書(shū)上說(shuō)要深度負(fù)反饋條件下才能用“虛短”，我覺(jué)得這不準(zhǔn)確，我認(rèn)為這樣說(shuō)的潛思考是，在深度負(fù)反饋的情況下運(yùn)放更可能工作在線性區(qū)。但這不是絕對(duì)的，輸入信號(hào)太大時(shí)，深度負(fù)反饋的運(yùn)放照樣進(jìn)入飽和。所以，應(yīng)該以輸出電壓值判斷最可靠。10 、將輸入信號(hào)直接加到同相輸入端,反相輸入端通過(guò)電阻接地,為什么 u_ =u+ =ui 0?不是虛地嗎 ?問(wèn)題補(bǔ)充：構(gòu)成虛短要滿足一定的條件。那構(gòu)成虛地也要滿足一定的條件?是什么 ?為什么 ?(1) 在同相放大電路中，輸出通過(guò)反饋的作用，使得u(+) 自動(dòng)的跟蹤 u(-) ，這樣 u(+)-u(-) 就會(huì)接近于 0 。

13、 好像兩端短路，所以稱“虛短”。(2) 由于虛短現(xiàn)象和 運(yùn)放的輸入電阻很高，因而流經(jīng)運(yùn)放兩個(gè)輸入端的電流很小，接近于 0 ，這個(gè)現(xiàn)象叫“虛斷” (虛斷是虛短派生的，不要以為兩者矛盾 )(3) 虛地是在反相運(yùn)放電 路中的， (+) 端接地， (-) 接輸入和反饋網(wǎng)絡(luò)。 由于虛短的存在， u(-) 和 u(+) 電位等于 0 很接近，所以稱 (-) 端虛假接地“虛地”(4) 關(guān) 于條件：虛短是同相放大電路 閉環(huán) (簡(jiǎn)單說(shuō)就是有反饋 )工作狀態(tài)的重要特征，虛地是反相放大電路在閉環(huán)工作狀態(tài)下的重要特征。 注意理解虛短的條件 (如“接近相等” )，應(yīng)該就 ok 。.11 、總覺(jué)得運(yùn)算放大器這個(gè)模型有點(diǎn)蹊

14、蹺，首先就是“虛短”，因?yàn)椤疤摱獭?，?dāng)運(yùn)算放大器接成同相放大器時(shí)，兩輸入端的電位是相同的， 這時(shí)如果測(cè)量輸入端的波形，將是同樣的，這就好比是共模信號(hào)，其實(shí)，在兩輸入端上還是有微小的差模信號(hào)，只是一般儀器測(cè)不出來(lái)，可是，這樣一來(lái)，由于“虛短”就人為 (因?yàn)樘摱淌巧疃蓉?fù)反饋的結(jié)果，是人為的)的增大了兩輸入端的共模信號(hào)，這樣就對(duì)運(yùn)算放大器的性能構(gòu)成挑戰(zhàn)。為什么運(yùn)算放大器要這么使用?(1) 同相放大器的共模信號(hào)比反相放大器大得多對(duì)共模抑制比要求高。(2) 我對(duì)“同、反 相兩種放大器的共模信號(hào)抑制能力”的看法運(yùn)放共模信號(hào)抑制比的優(yōu)劣 (db 值)主要取決于運(yùn)放內(nèi)部 (僅僅是內(nèi)部 )差動(dòng)放大器的對(duì)稱程度及

15、增益。這很明顯， 沒(méi)有任何運(yùn)放提供其共模抑制比的同時(shí)， 附加了外部電路的結(jié)構(gòu)條件。對(duì)于單端輸入， 無(wú)論是同相還是反相， 其等效共模值均是輸入值的一半。但因同相放大的輸入阻抗通常大于反相放大，其抗干擾的能力當(dāng)然差些。如前述，反相輸入時(shí)，反相端電壓幾乎為零，所以差分對(duì)管集電極電壓只有一管變化。同相輸入時(shí)， 反相端的電壓和同相端電壓相等， 故共模電壓和輸入電壓等值 !也就是說(shuō)所以差分對(duì)管集電極電壓除了有兩管有同時(shí)朝不同方向變化的部分外還有 朝同方向變化的量，這就是共模輸出電壓。它和其中某一管的電壓是同相相加的。因此容易導(dǎo)致該管趨于飽和 (或者截止 )，所幸共模電壓的放大只是差模放大倍數(shù)的數(shù)萬(wàn)分之一。

16、上面所述，并不說(shuō)明該放大器的差模輸入和共模輸入的共模抑制抑制比不同!應(yīng)該是同相輸入會(huì)附加一個(gè)與輸入量等值的共模信號(hào)!因此對(duì)于輸入信號(hào)較大時(shí)要慎用同相放大模式。.12 、為什么運(yùn)放一般要反比例放大?反相輸入法與同相輸入法的重大區(qū)別是：反相輸入法，由于在同相端接一個(gè)平衡電阻到地，而在這個(gè)電阻上是沒(méi)有電流的 (因?yàn)檫\(yùn)算放大器的輸入電阻極大)，所以這個(gè)同相端就近似等于地電位，稱為“虛 地”，而反相端與同相端的電位是極接近的，所以，在反相端也存在 “虛地”。有虛地的好處是，不存在共模輸入信號(hào)，即使這個(gè)運(yùn)算放大器的共模抑制比不高，也保證沒(méi)有共模輸出。而同相輸入接法，是沒(méi)有“虛地”的，當(dāng)使用單端輸入信號(hào)時(shí)，

17、就會(huì)產(chǎn)生共模輸入信號(hào)，即使使用高共模抑制比的運(yùn)算放大器，也還是會(huì)有共模輸出的。所以，一般在使用時(shí)，都會(huì)盡量采用反相輸入接法。13 、有的運(yùn)放上電后即使不輸入任何電壓也會(huì)有輸出，而且輸出還不小，所以經(jīng)常用 vcc/2 作為參考電壓。(1) 運(yùn)放在沒(méi)有任何輸入的情況下有輸出，是由運(yùn)放本身的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不對(duì)稱造成的，即產(chǎn)生了我們常說(shuō)的輸入失調(diào)電壓vos ，它是運(yùn)放的一個(gè)很重要的性能參數(shù)。運(yùn)放常用vcc/2作為參考電壓是因?yàn)樵撨\(yùn)放處在單電源工作狀態(tài)下，在此時(shí)運(yùn)放真正的參考是vcc/2 ，故常在運(yùn)放正端提供一個(gè)vcc/2的直流偏置，在正負(fù)雙電源供電時(shí)還是常以地為參考的。運(yùn)放的選擇需注意很多事項(xiàng)，在不是很嚴(yán)格

18、的條件下，常需考慮運(yùn)放的工作電壓、輸出電流、功耗、增益帶寬積、價(jià)格等。當(dāng)然，當(dāng)運(yùn)放在特殊條件下使用時(shí)，還需考慮不同的影響因子。.14 、為什么由運(yùn)算放大器組成的放大電路一般都采樣反相輸入方式?(1) 反相 輸入法與同相輸入法的重大區(qū)別是：反相輸入法，由于在同相端接一個(gè)平衡電阻到地，而在這個(gè)電阻上是沒(méi)有電流的 (因?yàn)檫\(yùn)算放大器的輸入電阻極大)， 所以這個(gè)同相端就近似等于地電位，稱為“虛地”，而反相端與同相端的電位是極接近的，所以，在反相端也存在 “虛地”。有虛地的好處是，不存在共模輸入信號(hào)，即使這個(gè)運(yùn)算放大器的共模抑制比不高，也保證沒(méi)有共模輸出。而同相輸入接法，是沒(méi)有“虛地”的，當(dāng)使用單端輸入信

19、號(hào)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生共模輸入信號(hào)，即使使用高共模抑制比的運(yùn)算放大器，也還是會(huì)有共模輸出的。所以，一般在使用時(shí)，都會(huì)盡量采用反相輸入接法。(2) 正相是振蕩器，反相才能穩(wěn)定放大器，接入負(fù)反饋(3) 從原理上看 ,接成同相比例放大電路是可以的。但實(shí)際應(yīng)用時(shí)被放大的信號(hào) (也就是差模信號(hào) )往往很小， 此時(shí)就要注意抑制噪聲 (通常表現(xiàn)為共模信號(hào) )。而同相比例放大電路對(duì)共模信號(hào)的抑制能力很差， 需要放大的信號(hào)會(huì)被淹沒(méi)在噪聲中，不利于后期處理。所以一般 選擇抑制能力較好的反相比例放大電路。15 、放的重要特性 ?(1) 如果運(yùn)放兩個(gè)輸入端上的電壓均為 0v ，則輸出端電壓也應(yīng)該等于 0v 。但事實(shí)上，輸出端

20、總有一些電壓，該電壓稱為失調(diào)電壓vos。如果將輸出端的失調(diào)電壓除以電路的噪聲增益， 得到結(jié)果稱為輸入失調(diào)電壓或輸入?yún)⒖际д{(diào)電壓。這個(gè)特性在數(shù)據(jù)表中通常以vos 給出。 vos 被等效成一個(gè)與運(yùn)放反相輸入端串聯(lián)的電壓源。必須對(duì)放大器的兩個(gè)輸入端施加差分電壓，以產(chǎn)生 0v 輸出。.(2) 理想運(yùn)放的輸入阻抗無(wú)窮大， 因此不會(huì)有電流流入輸入端。 但是，在輸入級(jí)中使用雙極結(jié)晶體管 (bjt)的真實(shí)運(yùn)放需要一些工作電流，該電流稱為偏置電流 (ib)。通常有兩個(gè)偏置電流： ib+ 和 ib- ，它們分別流入兩個(gè)輸入端。 ib 值的范圍很大，特殊類型運(yùn)放的偏置電流低至60fa( 大 z 每 3 s 通過(guò)一個(gè)電子 )，而一些高速運(yùn)放的偏置電流可高達(dá)幾十ma 。(3) 第一款單片運(yùn)放正常工作所需的電源電壓范圍為 1