溫習(xí)一下運(yùn)算放大器的基礎(chǔ)知識(shí)

運(yùn)算放大器： 我們也稱之為運(yùn)放，根本上說是一種電壓放大設(shè)備。在運(yùn)放的輸入和輸出端子之間添加外部反饋元件，例如電阻和電容，這些反饋元器件決定了運(yùn)放的最終功能。

我覺得這句話說的特別好，一句話道破了運(yùn)放的本質(zhì)，其實(shí)就是一個(gè)放大器加各種RC組合，其實(shí)一種方法是你可以把RC和運(yùn)放的﹢和﹣各種組合做個(gè)表格，其實(shí)也就產(chǎn)生了 各種運(yùn)算放大器 。

大多數(shù)的運(yùn)放都是電壓放大器，所以我們也只考慮電壓放大的運(yùn)放。

理想運(yùn)算放大器的等效電路

圖片來自electronics-tutorials

運(yùn)算放大器的理想化特性：

開環(huán)增益Avo

無限 ——運(yùn)算放大器的主要功能是放大輸入信號(hào)，開環(huán)增益越大越好。開環(huán)增益是沒有正反饋或負(fù)反饋的運(yùn)算放大器的增益，對(duì)于這樣的放大器，增益將是無限的，但典型的實(shí)際值范圍從大約 20,000 到 200,000。

輸入阻抗Zin

無限大 ——輸入阻抗是輸入電壓與輸入電流的比值，假設(shè)為無限大，以防止任何電流從源電源流入放大器輸入電路 ( I IN = 0 )。真正的運(yùn)算放大器具有從幾皮安到幾毫安的輸入漏電流。

輸出阻抗Zout

零 ——假設(shè)理想運(yùn)算放大器的輸出阻抗為零，作為一個(gè)完美的內(nèi)部電壓源，沒有內(nèi)阻，因此它可以為負(fù)載提供盡可能多的電流。該內(nèi)部電阻實(shí)際上與負(fù)載串聯(lián)，從而降低負(fù)載可用的輸出電壓。實(shí)際運(yùn)算放大器的輸出阻抗在 100-20kΩ 范圍內(nèi)。

帶寬 BW

無限 ——理想的運(yùn)算放大器具有無限的頻率響應(yīng)，可以放大從直流到最高交流頻率的任何頻率信號(hào)，因此假定它具有無限帶寬。對(duì)于真正的運(yùn)算放大器，帶寬受增益帶寬積 (GB) 的限制，它等于放大器增益變?yōu)閱挝粫r(shí)的頻率。

失調(diào)電壓Vio

零 ——當(dāng)反相輸入和非反相輸入之間的電壓差為零、相同或兩個(gè)輸入都接地時(shí)，放大器輸出將為零。實(shí)際運(yùn)算放大器具有一定量的輸出失調(diào)電壓。

從上面的這些“理想化”特性，我們可以看出輸入電阻是無窮大，因此 沒有電流流入任一輸入端 （我們理解為 虛斷 ，正負(fù)端到運(yùn)放內(nèi)部的電路，相當(dāng)于完全斷開”）， 差分輸入失調(diào)電壓為零 （“輸入的正負(fù)兩端，如果工作起來之后，正負(fù)端相當(dāng)于短路，也就是電壓接近于相等，這是 虛短 ”）。記住這兩個(gè)屬性很重要，因?yàn)樗鼈儗椭覀兞私膺\(yùn)算放大器在運(yùn)算放大器電路的分析和設(shè)計(jì)方面的工作原理。

開環(huán)頻率響應(yīng)

這個(gè)圖給了我們很多信息，首先在低頻時(shí)，開環(huán)增益可以達(dá)到100db，（不知道db的意思自行查閱，這里其實(shí)對(duì)于輸出比輸入相當(dāng)于放大了10萬倍），從上圖斜率恒定的這一段可以看出來增益與頻率的乘積在曲線上的任何點(diǎn)都是恒定的。這里就引入一個(gè)新的概念，叫增益帶寬積 GBP。

例如，根據(jù)上圖，放大器在 100kHz 時(shí)的增益為 20dB 或 10，則增益帶寬積計(jì)算為：

GBP = A x BW = 10 x 100,000Hz = 1,000,000。

再隨便找一個(gè)點(diǎn)：

GBP = A x BW = 1,000 x 1,000Hz = 1,000,000。

運(yùn)算放大器的電壓 增益 (AV) 可以使用以下公式找到：

Voltage Gain=Vout/Vin

以分貝為單位：

20log（Voltage Gain）得到的數(shù)值就是以dB為單位的增益。

運(yùn)算放大器帶寬

運(yùn)算放大器帶寬是放大器電壓增益高于其最大輸出值的 70.7% 或 -3dB （其中 0dB 為最大值）的頻率范圍，如下所示。

這里我們以 40dB 線為例。頻率響應(yīng)曲線的 -3dB 或 Vmax 下降點(diǎn)的 70.7% 給出為 37dB 。取一條線直到它與主要 GBP 曲線相交，這給我們提供了一個(gè)頻率點(diǎn)，正好在 10kHz 線上方，大約 12 到 15kHz。

實(shí)例1：

已知放大器的增益帶寬積GBP是1000000，又已知37db是帶寬對(duì)應(yīng)的增益，求該放大器的帶寬。

那么首先我們可以計(jì)算出37db對(duì)應(yīng)的增益為：37 = 20 log (A)，求得A=70.8

GBP÷A=帶寬，則有1000000÷70.8=14.124Khz.

那么得到該頻率就是該放大器的 帶寬 。