運(yùn)算放大器基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)

01一般反相/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?yàn)樾酒瑑?nèi)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。

02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。

03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?

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。

04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?

是為了獲得正反饋和負(fù)反饋的問(wèn)題，這要看具體連接。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。

05運(yùn)算放大器接成積分器，在積分電容的兩端并聯(lián)電阻RF的作用是什么?

泄放電阻，用于防止輸出電壓失控。

06為什么一般都在運(yùn)算放大器輸入端串聯(lián)電阻和電容?

如果你熟悉運(yùn)算放大器的內(nèi)部電路的話，你會(huì)知道，不論什么運(yùn)算放大器都是由幾個(gè)幾個(gè)晶體管或是MOS管組成。在沒(méi)有外接元件的情況下，運(yùn)算放大器就是個(gè)比較器，同相端電壓高的時(shí)候，會(huì)輸出近似于正電壓的電平，反之也一樣……但這樣運(yùn)放似乎沒(méi)有什么太大的用處，只有在外接電路的時(shí)候，構(gòu)成反饋形式，才會(huì)使運(yùn)放有放大、翻轉(zhuǎn)等功能。

07運(yùn)算放大器同相放大電路如果平衡電阻不對(duì)有什么后果?

(1)同相反相端不平衡，輸入為0時(shí)也會(huì)有輸出，輸入信號(hào)時(shí)輸出值總比理論輸出值大(或小)一個(gè)固定的數(shù)。

(2)輸入偏置電流引起的誤差不能被消除。

08理想集成運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)是多少?輸入阻抗是多少?其同相輸入端和反相輸入端之間的電壓是多少?

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。

09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。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)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。

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。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。

12為什么由運(yùn)算放大器組成的放大電路一般都采用反相輸入方式?

(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。

13運(yùn)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3μs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±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(duì)稱的兩極電壓 (如±15 V)，但是這些電壓卻不一定要求是對(duì)稱電壓或兩極電壓。對(duì)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±15V的電源就相當(dāng)于+30V/0V電源，或者+20V/–10V電源。運(yùn)放沒(méi)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(duì)通用運(yùn)放來(lái)說(shuō)，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(gè)術(shù)語(yǔ)是兩個(gè)相關(guān)而獨(dú)立的概念。

14運(yùn)算放大器的放大原理是什么?

運(yùn)算放大器核心是一個(gè)差動(dòng)放大器。就是兩個(gè)三極管背靠背連著。共同分擔(dān)一個(gè)橫流源的電流。三極管一個(gè)是運(yùn)放的正向輸入，一個(gè)是反向輸入。正向輸入的三極管放大后送到一個(gè)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?yàn)榉聪嗳?jí)管和正向三級(jí)管共同分擔(dān)了一個(gè)恒流源。反向三級(jí)管電流大了，那正向的就要小，所以輸出就會(huì)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。

審核編輯：湯梓紅