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前言
第一篇博客就從運(yùn)放入手吧，話不多說。正文開始：想必大家對(duì)運(yùn)放電路都熟悉的再不能熟悉了?？墒沁@里為什么又再拿出來寫呢?肯定是有不同的知識(shí)才會(huì)有意義，所以接下來就本人在積累到的前人的知識(shí)，拿出來淺談淺談，不當(dāng)之處希望大家指正。
四種基本的運(yùn)算放大電路
1. 同相放大電路
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同相放大電路：顧名思義輸出和輸出信號(hào)是相位相同。放大倍數(shù)由Rg和Rf共同決定。
2. 反向放大電路
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反相放大電路：顧名思義輸出和輸出信號(hào)是相位相反。放大倍數(shù)由Rg和Rf共同決定。
3.加法器
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加法器：顧名思義輸出是輸入信號(hào)的和。每個(gè)信號(hào)的放大倍數(shù)有反饋電阻Rf與每個(gè)輸入信號(hào)串聯(lián)的電阻R共同決定。
4. 差分放大電路
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差分放大電路：輸出信號(hào)是輸入信號(hào)之差。輸出信號(hào)可先由分壓器規(guī)則計(jì)算同相輸入端的電壓V+，然后使用同相運(yùn)放增益公式計(jì)算出通相輸出電壓Vout1。然后在使用反向增益公式計(jì)算反向輸出級(jí)的電壓Vout2。最后將兩個(gè)輸出電壓相加即可。
到此為止是屬于大家在都熟知的基本知識(shí)。
以上都是基于理想運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)，然而，由于運(yùn)放的開環(huán)響應(yīng)，會(huì)出現(xiàn)一些很小但應(yīng)當(dāng)注意的誤差項(xiàng)。例如反相放大器的增益是否永遠(yuǎn)都能夠由-Rf/Rg決定，同相放大器的增益是否由1+Rf/Rg決定?答案是，但也不是。這就要考慮到運(yùn)放的開環(huán)增益，理想的開環(huán)增益無窮大，那么誤差項(xiàng)為0;當(dāng)開環(huán)增益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于預(yù)期的閉環(huán)增益時(shí)，那么誤差項(xiàng)的值也會(huì)小到去可在設(shè)計(jì)中忽略。但是，當(dāng)閉環(huán)增益增大時(shí)，誤差項(xiàng)這時(shí)候就不可能被忽略掉了，如果被忽略，設(shè)計(jì)出來的電路的增益就會(huì)和理論設(shè)計(jì)的相違背。
接下來先介紹一個(gè)常見的運(yùn)放的開環(huán)響應(yīng)，如下圖所示。很多人一眼望去，這圖好熟悉呀。That’s right!這和簡單的低通濾波器的幅頻響應(yīng)曲線圖一樣
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這一曲線主要包括兩段：一段是水平的，一段是傾斜的。最左邊的頻率，開環(huán)增益為80dB(即10 000V/V)。所以這一頻率下能夠達(dá)到的最大增益為10000。只要頻率增加3個(gè)十倍頻程，這一情況就會(huì)發(fā)生顯著改變來響應(yīng)曲線開始傾斜，能達(dá)到的最大增益只有小于40dB，或者小于100V/V。由此可知，在這一頻率下運(yùn)放能夠獲得的最大增益就顯著被限制了。
考慮到開環(huán)增益的影響，單級(jí)反相放大和同相放大運(yùn)放電路在實(shí)際中的增益由一下兩條公式給出。
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考慮到上圖的開環(huán)響應(yīng)圖，假設(shè)頻率足夠低，開環(huán)增益為80dB，即能夠達(dá)到的最大增益為10000.有限開環(huán)增益對(duì)反向放大電路實(shí)際增益的影響如下表所示
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當(dāng)Rf=Rg，理論增益為-1，有限開環(huán)增益只貢獻(xiàn)了0.02%的誤差。因此，使用誤差為1%的電阻時(shí)，電阻誤差都比這個(gè)誤差還要大，因此，這個(gè)由開環(huán)增益引起的0.02%的誤差便可以忽略不計(jì)了。但是當(dāng)增益為-100時(shí)，誤差達(dá)到了1%，這就足夠引起注意了。略微調(diào)整電阻的值可以補(bǔ)償這一誤差。然而當(dāng)理論增益增大到10000時(shí)，誤差也增加到了50%，無論如何調(diào)整都無法補(bǔ)償。如果使用一些阻值懸殊的電阻。如Rg=1Ω，Rf=1TΩ，那么能夠達(dá)到的最大增益的絕對(duì)值仍然達(dá)不到10000。就像光速一樣，你能夠無限接近它，然是永遠(yuǎn)達(dá)不到。
同理，對(duì)于同相放大電路，其實(shí)際增益與理論增益由下表所示。低增益時(shí)誤差可忽略，或者微調(diào)電阻值便可以誤差范圍內(nèi)滿足設(shè)計(jì)。但是誤差達(dá)到50%，通過調(diào)整電阻值，取一些荒謬的阻值來達(dá)到增益要求，可以接近但是永遠(yuǎn)無法達(dá)到開環(huán)增益。
后面這些內(nèi)容似乎難懂，與實(shí)際也比較不沾邊，與所學(xué)的相差甚遠(yuǎn)。但是，在設(shè)計(jì)放大器電路時(shí)，我們應(yīng)該講這些牢記于心，因?yàn)檫@才是運(yùn)放的真正性質(zhì)。
再往后的有源濾波器設(shè)計(jì)講解中，也會(huì)受到類似的限制，一條很有用的經(jīng)驗(yàn)法則是(不是本人得出來的，從前人那里積累的)：在最高的工作頻率上確保開環(huán)增益比所需增益打40dB，否則可能會(huì)出現(xiàn)誤差，對(duì)于帶通濾波器的情形，這種的限制還會(huì)使諧振頻率降低。
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