關(guān)于運(yùn)放的(運(yùn)算放大器的基本知識(shí))
1.運(yùn)算放大器的 基本知識(shí)
集成運(yùn)算放大器 一：零點(diǎn)漂移 零點(diǎn)漂移可描述為：輸入電壓為零，輸出電壓偏離零值的變化。
它又被簡(jiǎn)稱(chēng)為：零漂 零點(diǎn)漂移是怎樣形成的： 運(yùn)算放大器均是采用直接耦合的方式，我們知道直接耦合式放大電路的各級(jí)的Q點(diǎn)是相互影響的，由于各級(jí)的放大作用，第一級(jí)的微弱變化，會(huì)使輸出級(jí)產(chǎn)生很大的變化。當(dāng)輸入短路時(shí)（由于一些原因使輸入級(jí)的Q點(diǎn)發(fā)生微弱變化 象：溫度），輸出將隨時(shí)間緩慢變化，這樣就形成了零點(diǎn)漂移。
產(chǎn)生零漂的原因是：晶體三極管的參數(shù)受溫度的影響。解決零漂最有效的措施是：采用差動(dòng)電路。
二：差動(dòng)放大電路 1、差動(dòng)放大電路的基本形式 如圖（1）所示 基本形式對(duì)電路的要求是：兩個(gè)電路的參數(shù)完全對(duì)稱(chēng)兩個(gè)管子的溫度特性也完全對(duì)稱(chēng)。 它的工作原理是：當(dāng)輸入信號(hào)Ui=0時(shí)，則兩管的電流相等，兩管的集點(diǎn)極電位也相等，所以輸出電壓Uo=UC1-UC2=0。
溫度上升時(shí)，兩管電流均增加，則集電極電位均下降，由于它們處于同一溫度環(huán)境，因此兩管的電流和電壓變化量均相等，其輸出電壓仍然為零。 它的放大作用（輸入信號(hào)有兩種類(lèi)型） （1）共模信號(hào)及共模電壓的放大倍數(shù) Auc 共模信號(hào)---在差動(dòng)放大管T1和T2的基極接入幅度相等、極性相同的信號(hào)。
如圖（2）所示共模信號(hào)的作用，對(duì)兩管的作用是同向的，將引起兩管電流同量的增加，集電極電位也同量減小，因此兩管集電極輸出共模電壓Uoc為零。因此：。
于是差動(dòng)電路對(duì)稱(chēng)時(shí)，對(duì)共模信號(hào)的抑制能力強(qiáng) （2）差模信號(hào)及差模電壓放大倍數(shù) Aud 差模信號(hào)---在差動(dòng)放大管T1和T2的基極分別加入幅度相等而極性相反的信號(hào)。如圖（3）所示 差模信號(hào)的作用，由于信號(hào)的極性相反，因此T1管集電極電壓下降，T2管的集電極電壓上升，且二者的變化量的絕對(duì)值相等，因此： 此時(shí)的兩管基極的信號(hào)為： 所以：，由此我們可以看出差動(dòng)電路的差模電壓放大倍數(shù)等于單管電壓的放大倍數(shù)。
基本差動(dòng)電路存在如下問(wèn)題： 電路難于絕對(duì)對(duì)稱(chēng)，因此輸出仍然存在零漂；管子沒(méi)有采取消除零漂的措施，有時(shí)會(huì)使電路失去放大能力；它要對(duì)地輸出，此時(shí)的零漂與單管放大電路一樣。為此我們要學(xué)習(xí)另一種差動(dòng)放大電路------長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大電路 2：長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大電路 它又被稱(chēng)為射極耦合差動(dòng)放大電路，如右圖所示：圖中的兩個(gè)管子通過(guò)射極電阻Re和Uee耦合。
下面我們來(lái)學(xué)習(xí)它的一些指標(biāo) （1）靜態(tài)工作點(diǎn) 靜態(tài)時(shí)，輸入短路，由于流過(guò)電阻Re的電流為IE1和IE2之和，且電路對(duì)稱(chēng)，IE1=IE2，因此： （2）對(duì)共模信號(hào)的抑制作用 在這里我們只學(xué)習(xí)共模信號(hào)對(duì)長(zhǎng)尾電路中的Re的作用。由于是同向變化的，因此流過(guò)Re的共模信號(hào)電流是Ie1+Ie2=2Ie，對(duì)每一管來(lái)說(shuō)，可視為在射極接入電阻為2Re。
它的共模放大倍數(shù)為： （用第二章學(xué)的方法求得）由此式我們可以看出Re的接入，使每管的共模放大倍數(shù)下降了很多（對(duì)零漂具有很強(qiáng)的抑制作用） （3）對(duì)差模信號(hào)的放大作用 差模信號(hào)引起兩管電流的反向變化（一管電流上升，一管電流下降），流過(guò)射極電阻Re的差模電流為Ie1-Ie2，由于電路對(duì)稱(chēng)，所以流過(guò)Re的差模電流為零，Re上的差模信號(hào)電壓也為零，因此射極視為地電位，此處“地”稱(chēng)為“虛地”。因此差模信號(hào)時(shí)，Re不產(chǎn)生影響。
由于Re對(duì)差模信號(hào)不產(chǎn)生影響，故雙端輸出的差模放大倍數(shù)仍為單管放大倍數(shù)： （4）共模抑制比（CMRR）我們一般用共模抑制比來(lái)衡量差動(dòng)放大電路性能的優(yōu)劣。CMRR定義如下：它的值越大，表明電路對(duì)共模信號(hào)的抑制能力越好。
有時(shí)還用對(duì)數(shù)的形式表示共模抑制比，即：，其中為差模增益。CMR的單位為：分貝 （dB） (5)一般輸入信號(hào)情況 如果差動(dòng)電路的輸入信號(hào)，即不是共模也不是差模信號(hào)時(shí)：我們要把輸入信號(hào)分解為一對(duì)共模信號(hào)和一對(duì)差模信號(hào)，它們共同作用在差動(dòng)電路的輸入端。
例1：如右圖所示電路，已知差模增益為48dB，共模抑制比為67dB,Ui1=5V,Ui2=5.01V，試求輸出電壓Uo解：∵=48dB，∴Aud≈-251， 又∵CMR=67dB ∴CMRR≈2239 ∴Auc=Aud/CMRR≈0.11則輸出電壓為： 三：集成運(yùn)放的組成 它由四部分組成：1、偏置電路； 2、輸入級(jí)：為了抑制零漂，采用差動(dòng)放大電路 3、中間級(jí)：為了提高放大倍數(shù)，一般采用有源負(fù)載的共射放大電路。 4、輸出級(jí)：為了提高電路驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力，一般采用互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)輸出級(jí)電路 四：集成運(yùn)放的性能指標(biāo) 1、開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù) Aod它是指集成運(yùn)放在無(wú)外加反饋回路的情況下的差模電壓的放大倍數(shù)。
2、最大輸出電壓 Uop-p它是指一定電壓下，集成運(yùn)放的最大不失真輸出電壓的峰--峰值。3、差模輸入電阻rid它的大小反映了集成運(yùn)放輸入端向差模輸入信號(hào)源索取電流的大小。
要求它愈大愈好。 4、輸出電阻 rO它的大小反映了集成運(yùn)放在小信號(hào)輸出時(shí)的負(fù)載能力。
5、共模抑制比 CMRR它放映了集成運(yùn)放對(duì)共模輸入信號(hào)的抑制能力，其定義同差動(dòng)放大電路。CMRR越大越好。
五：低頻等效電路 在電路中集成運(yùn)放作為一個(gè)完整的獨(dú)立的器件來(lái)對(duì)待。于是在分析、計(jì)算時(shí)我們用等效電路來(lái)代替集成運(yùn)放。
由于集成運(yùn)放主要用于頻率不高的場(chǎng)合，因此我們只學(xué)習(xí)低頻率時(shí)的等效電路。 右圖所示為集成運(yùn)放的。
2.集成運(yùn)算放大器計(jì)算
記住了，對(duì)于負(fù)反饋運(yùn)放電路，遵循“虛斷”和“虛短”兩個(gè)規(guī)則；
因?yàn)樘摂?，所以按?jié)點(diǎn)電壓法有：
Vn*(1/R1+1/R2+1/Rf) - Ui1/R1 - Ui2/R2 = Uo/Rf;
因?yàn)樘摱蹋矗篤n = Vp（虛短）；而 Vp = Ui3;
所以有： （Ui1-Vn）/R1 + (Ui2-Vn)/R2 = (Vn-Uo)/Rf;
Uo = Rf*[ Ui3*(1/R1+1/R2+1/Rf) - Ui1/R1 - Ui2/R2 ];
同理；
Vp = Ui2*R2/(R1+R2);
Vn*(1/R1+1/R2) - Ui1/R1 = Uo/R2;
好了，自己去代入具體參數(shù)計(jì)算吧
3.請(qǐng)問(wèn)什么是運(yùn)放/運(yùn)算放大器
運(yùn)算放大器（常簡(jiǎn)稱(chēng)為“運(yùn)放”）是具有很高放大倍數(shù)的電路單元。
在實(shí)際電路中，通常結(jié)合反饋網(wǎng)絡(luò)共同組成某種功能模塊。由于早期應(yīng)用于模擬計(jì)算機(jī)中，用以實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)運(yùn)算，故得名“運(yùn)算放大器”，此名稱(chēng)一直延續(xù)至今。
運(yùn)放是一個(gè)從功能的角度命名的電路單元，可以由分立的器件實(shí)現(xiàn)，也可以實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片當(dāng)中。 隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，如今絕大部分的運(yùn)放是以單片的形式存在。
運(yùn)放的種類(lèi)繁多，廣泛應(yīng)用于幾乎所有的行業(yè)當(dāng)中。 歷史 第一個(gè)使用真空管設(shè)計(jì)的放大器大約在1930年前后完成，這個(gè)放大器可以執(zhí)行加與減的工作。
運(yùn)算放大器最早被設(shè)計(jì)出來(lái)的目的是將電壓類(lèi)比成數(shù)字，用來(lái)進(jìn)行加、減、乘、除的運(yùn)算，同時(shí)也成為實(shí)現(xiàn)模擬計(jì)算機(jī)（analog computer）的基本建構(gòu)方塊。然而，理想運(yùn)算放大器的在電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)上的用途卻遠(yuǎn)超過(guò)加減乘除的計(jì)算。
今日的運(yùn)算放大器，無(wú)論是使用晶體管（transistor）或真空管（vacuum tube）、分立式（discrete）元件或集成電路（integrated circuits）元件，運(yùn)算放大器的效能都已經(jīng)逐漸接近理想運(yùn)算放大器的要求。 早期的運(yùn)算放大器是使用真空管設(shè)計(jì)，現(xiàn)在則多半是集成電路式的元件。
但是如果系統(tǒng)對(duì)于放大器的需求超出集成電路放大器的需求時(shí)，常常會(huì)利用分立式元件來(lái)實(shí)現(xiàn)這些特殊規(guī)格的運(yùn)算放大器。[1] 1960年代晚期，仙童半導(dǎo)體（Fairchild Semiconductor）推出了第一個(gè)被廣泛使用的集成電路運(yùn)算放大器，型號(hào)為μA709，設(shè)計(jì)者則是鮑伯·韋勒（Bob Widlar）。
但是709很快地被隨后而來(lái)的新產(chǎn)品μA741取代，741有著更好的性能，更為穩(wěn)定，也更容易使用。741運(yùn)算放大器成了微電子工業(yè)發(fā)展歷史上一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的象征，歷經(jīng)了數(shù)十年的演進(jìn)仍然沒(méi)有被取代，很多集成電路的制造商至今仍然在生產(chǎn)741。
直到今天μA741仍然是各大學(xué)電子工程系中講解運(yùn)放原理的典型教材。 編輯本段原理 運(yùn)放如上圖有兩個(gè)輸入端a（反相輸入端），b（同相輸入端）和一個(gè)輸出端o。
也分別被稱(chēng)為倒向輸入端非倒向輸入端和輸出端。當(dāng)電壓加U-加在a端和公共端（公共端是電壓為零的點(diǎn)，它相當(dāng)于電路中的參考結(jié)點(diǎn)。
）之間，且其實(shí)際方向從a 端高于公共端時(shí)，輸出電壓U實(shí)際方向則自公共端指向o端，即兩者的方向正好相反。當(dāng)輸入電壓U 加在b端和公共端之間，U與U 兩者的實(shí)際方向相對(duì)公共端恰好相同。
為了區(qū)別起見(jiàn)，a端和b 端分別用"-"和" "號(hào)標(biāo)出，但不要將它們誤認(rèn)為電壓參考方向的正負(fù)極性。 電壓的正負(fù)極性應(yīng)另外標(biāo)出或用箭頭表示。
反轉(zhuǎn)放大器和非反轉(zhuǎn)放大器如下圖： 運(yùn)算放大器 運(yùn)算放大器 一般可將運(yùn)放簡(jiǎn)單地視為：具有一個(gè)信號(hào)輸出端口（Out）和同相、反相兩個(gè)高阻抗輸入端的高增益直接耦合電壓放大單元，因此可采用運(yùn)放制作同相、反相及差分放大器。 運(yùn)放的供電方式分雙電源供電與單電源供電兩種。
對(duì)于雙電源供電運(yùn)放，其輸出可在零電壓兩側(cè)變化，在差動(dòng)輸入電壓為零時(shí)輸出也可置零。采用單電源供電的運(yùn)放，輸出在電源與地之間的某一范圍變化。
運(yùn)放的輸入電位通常要求高于負(fù)電源某一數(shù)值，而低于正電源某一數(shù)值。 經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的運(yùn)放可以允許輸入電位在從負(fù)電源到正電源的整個(gè)區(qū)間變化，甚至稍微高于正電源或稍微低于負(fù)電源也被允許。
這種運(yùn)放稱(chēng)為軌到軌（rail-to-rail）輸入運(yùn)算放大器。 運(yùn)算放大器的輸出信號(hào)與兩個(gè)輸入端的信號(hào)電壓差成正比，在音頻段有：輸出電壓=A0(E1-E2)，其中，A0 是運(yùn)放的低頻開(kāi)環(huán)增益（如 100dB，即 100000 倍），E1 是同相端的輸入信號(hào)電壓，E2 是反相端的輸入信號(hào)電壓。
編輯本段類(lèi)型 按照集成運(yùn)算放大器的參數(shù)來(lái)分，集成運(yùn)算放大器可分為如下幾類(lèi)。 運(yùn)算放大器 1.通用型運(yùn)算放大器 通用型運(yùn)算放大器就是以通用為目的而設(shè)計(jì)的。
這類(lèi)器件的主要特點(diǎn)是價(jià)格低廉、產(chǎn)品量大面廣，其性能指標(biāo)能適合于一般性使用。 例μA741（單運(yùn)放）、LM358（雙運(yùn)放）、LM324（四運(yùn)放）及以場(chǎng)效應(yīng)管為輸入級(jí)的LF356都屬于此種。
它們是目前應(yīng)用最為廣泛的集成運(yùn)算放大器。 2.高阻型運(yùn)算放大器 這類(lèi)集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn)是差模輸入阻抗非常高，輸入偏置電流非常小，一般rid>1GΩ~1TΩ，IB為幾皮安到幾十皮安。
實(shí)現(xiàn)這些指標(biāo)的主要措施是利用場(chǎng)效應(yīng)管高輸入阻抗的特點(diǎn)，用場(chǎng)效應(yīng)管組成運(yùn)算放大器的差分輸入級(jí)。用FET作輸入級(jí)，不僅輸入阻抗高，輸入偏置電流低，而且具有高速、寬帶和低噪聲等優(yōu)點(diǎn)，但輸入失調(diào)電壓較大。
常見(jiàn)的集成器件有LF355、LF347（四運(yùn)放）及更高輸入阻抗的CA3130、CA3140等。 3.低溫漂型運(yùn)算放大器 在精密儀器、弱信號(hào)檢測(cè)等自動(dòng)控制儀表中，總是希望運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓要小且不隨溫度的變化而變化。
低溫漂型運(yùn)算放大器就是為此而設(shè)計(jì)的。目前常用的高精度、低溫漂運(yùn)算放大器有OP07、OP27、AD508及由MOSFET組成的斬波穩(wěn)零型低漂移器件ICL7650等。
4.高速型運(yùn)算放大器 在快速A/D和D/A轉(zhuǎn)換器、視頻放大器中，要求集成運(yùn)算放大器的轉(zhuǎn)換速率SR一定要高，單位增益帶寬BWG一定要足夠大，像通用型集成運(yùn)放是不能適合于高速應(yīng)用的場(chǎng)合的。高速型運(yùn)算放大器主要特點(diǎn)是具有高的轉(zhuǎn)換速率和寬的頻。
