一運算放大器的簡介

放大器(簡稱“運放”)是具有很高放大倍數的電路單元。運算放大器是一個內含多級放大電路的電子集成電路。分別是輸入級，中間級，發大級還有偏置電路。

紅色綠色藍色分別是輸入級，中間級和輸出級。輸入級采用具有很強零點漂移抑制能力的差動放大電路，中間級常采用爭議較高的共發射級放大電路，輸出級一般采用帶負載能力很強的功率放大電路，偏置電路的作用是為各級放大電路提供了工作電壓。

二放大器的特點

一個理想的運算放大器必須具備下列特性：

1.無限大的輸入阻抗(Zin=∞)：理想的運算放大器輸入端不容許任何電流流入，即上輸入信號V+與V-兩端點的電流信號恒為零，亦即輸入阻抗無限大。

2.趨近于零的輸出阻抗(Zout=0)：理想運算放大器的輸出端是一個完美的電壓源，無論流至放大器負載的電流如何變化，放大器的輸出電壓恒為一定值，亦即輸出阻抗為零。

3.無限大的開回路增益(Ad=∞)：理想運算放大器的一個重要性質就是開回路的狀態下，輸入端的差動信號有無限大的電壓增益，這個特性使得運算放大器十分適合在實際應用時加上負反饋組態。

4.無限大的共模抑制比(CMRR=∞)：理想運算放大器只能對V+與V-兩端點電壓的差值(差分信號)有反應，亦即只放大V + ? V ? 的部份。對于兩輸入信號的相同的部分(共模信號)將完全忽略不計。

什么是差分信號和共模信號。共模信號：雙端輸入時，兩個信號相同。差模信號：雙端輸入時，兩個信號的相位相差180度。

三放大器的主要參數

(1)共模輸入電阻

該參數表示運算放大器工作在線性區時，輸入共模電壓范圍與該范圍內偏置電流的變化量之比。

(2)直流共模抑制

該參數用于衡量運算放大器對作用在兩個輸入端的相同直流信號的抑制能力。

(3)交流共模抑制

CMRAC用于衡量運算放大器對作用在兩個輸入端的相同交流信號的抑制能力，是差模開環增益除以共模開環增益的函數。

(4)增益帶寬積

增益帶寬積是一個常量，定義在開環增益隨頻率變化的特性曲線中以-20dB/十倍頻程滾降的區域。

(5)輸入偏置電流

該參數指運算放大器工作在線性區時流入輸入端的平均電流。

(6)偏置電流溫漂

該參數代表輸入偏置電流在溫度變化時產生的變化量。TCIB通常以pA/°C為單位表示。

(7)輸入失調電流

該參數是指流入兩個輸入端的電流之差。

(8)輸入失調電流溫漂(TCIOS)

該參數代表輸入失調電流在溫度變化時產生的變化量。TCIOS通常以pA/°C為單位表示。

(9)差模輸入電阻

該參數表示輸入電壓的變化量與相應的輸入電流變化量之比，電壓的變化導致電流的變化。在一個輸入端測量時，另一輸入端接固定的共模電壓。

(10)輸出阻抗

該參數是指運算放大器工作在線性區時，輸出端的內部等效小信號阻抗。

(11)輸出電壓擺幅

該參數是指輸出信號不發生箝位的條件下能夠達到的最大電壓擺幅的峰峰值，VO一般定義在特定的負載電阻和電源電壓下。

(12)功耗

表示器件在給定電源電壓下所消耗的靜態功率，Pd通常定義在空載情況下。

(13)電源抑制比

該參數用來衡量在電源電壓變化時運算放大器保持其輸出不變的能力，PSRR通常用電源電壓變化時所導致的輸入失調電壓的變化量表示。

(14)轉換速率

該參數是指輸出電壓的變化量與發生這個變化所需時間之比的最大值。SR通常以V/μs為單位表示，有時也分別表示成正向變化和負向變化。

(15)電源電流

該參數是在指定電源電壓下器件消耗的靜態電流，這些參數通常定義在空載情況下。

(16)單位增益帶寬

該參數指開環增益大于1時運算放大器的最大工作頻率。

(17)輸入失調電壓

該參數表示使輸出電壓為零時需要在輸入端作用的電壓差。

(18)輸入失調電壓溫漂(TCVOS)

該參數指溫度變化引起的輸入失調電壓的變化，通常以uV/°C為單位表示。

(19)輸入電容

CIN表示運算放大器工作在線性區時任何一個輸入端的等效電容(另一輸入端接地)。

(20)輸入電壓范圍

該參數指運算放大器正常工作(可獲得預期結果)時，所允許的輸入電壓的范圍，VIN通常定義在指定的電源電壓下。

(21)輸入電壓噪聲密度(eN)

對于運算放大器，輸入電壓噪聲可以看作是連接到任意一個輸入端的串聯噪聲電壓源，eN通常以 nV / 根號Hz 為單位表示，定義在指定頻率。

(22)輸入電流噪聲密度(iN)

對于運算放大器，輸入電流噪聲可以看作是兩個噪聲電流源，連接到每個輸入端和公共端，通常以 pA / 根號Hz 為單位表示，定義在指定頻率。

(23)理想運算放大器參數

差模放大倍數、差模輸入電阻、共模抑制比、上限頻率均無窮大;輸入失調電壓及其溫漂、輸入失調電流及其溫漂，以及噪聲均為零。

四放大器的工作狀態

集成運算放大器的工作狀態有兩種，線性狀態和非線性狀態，當給集成運算放大器加上負反饋電路時，他就工作在線性狀態，如果給集成運算放大器加正反饋電路或當其在開環工作時，他就工作在非線性狀態。

1.集成運算放大器的線性運用

工作在線性狀態的集成運算放大器有以下特點

(1)具有虛斷特性及流入和流出輸入端的電流都為0a，I-=I+=0A。

(2)具有虛短的特性及兩個輸入端的電壓相等,U+=U-。

下面說一下幾種常見的電路。

A.反相比例放大器

電壓放大倍數A=-(R1/R3)*U-=-10

B.同相比例放大器

電壓放大倍數A=1+R5/R6=11

C.加法器

Uout=U1+U2+U3，注意這里的反饋電阻要調成同樣的大小。

D.減法器

這里電阻同樣也是要取大小一樣的電阻值。

Uout=U±U-。

2.集成運算放大器的非線性運用

當集成運算放大器處于開環和正反饋時，它會工作在非線性狀態，工作在非線性狀態的集成運算放大器具有以下兩個特點。

(1)當同相輸入端電壓大于反向輸入端電壓時，輸出電壓為高電平

(2)當同相輸入端電壓小于反向輸入端電壓時，輸出電壓為低電平

A.電壓比較器

當正相輸入端的電壓大于3V時，輸出端電平為高。

B.電壓比較器

這個我之前寫過一篇文章，可以去看看，張飛老師的硬件輸出PWM。

仿真文件我上傳到CSDN，需要下載就可以了。