第 10 课. Op Amp（运算放大器）
更高类别： 【电路理论】【电路理论目录】(https://jb243.github.io/pages/852)
1. 概述
2. 理想运算放大器
3. 实用运放
4. 运放参数
a. 【浮置电容与运放反馈方向】(https://jb243.github.io/pages/6)
1.概述
⑴定义：将两个输入端之间的电位差放大并以电压形式输出的元件。
⑵ 运放元件结构
图 1. 运算放大器组件的结构
① 组件的顶部有标记，以便区分顶部和底部。
②输出电压=A×（同相输入电压+（-1）×反相输入电压）
○ 也称为同相输入电压：v2
○ 也称为反相输入电压：v1
③ 运算放大器由电源 (④、⑤) 供电 : 需要两个电源端子。
④ Offset null ： 用于调整运放的输出误差（⑥、⑦）
⑤ NC（无连接）： 未使用区域（⑧）
⑶ 运算放大器等效电路第 1 级 : 电容器和其他省略
图 2. 运放等效电路第 1 级 [注：1]
⑷ 运放等效电路第 2 级 : 省略零偏移 (⑥, ⑦)
图 3. 运算放大器等效电路第 2 级 [注：2]
⑸ 运放等效电路第 3 级 : 省略 (+)、(-) 电源 (④、⑤)
①原理图
图 4. 运算放大器等效电路第 3 级
②运放的简化等效电路不满足KCL（基尔霍夫电流定律）
○ 运算放大器的接地连接被省略
○ 漏电流流经接地连接
○ 配方
图 5. 流经运算放大器的电流（包括漏电流）
⑹ 运放等效电路第 4 级 : 假设 ib1, ib2, vos = 0
图 6. 运算放大器等效电路第 4 级
2. 理想运算放大器
⑴ 条件
① 条件1：虚地：输入电流为0。输入电阻无穷大。
○ 要实现此目的，必须将虚拟地连接到输入节点。
○ 运放的简化等效电路不满足 KCL : 这是由于运放省略了接地连接。
○ 漏电流流经接地连接。
② 条件2：虚拟短路：输入节点电压相同。
③ 条件3： R o __= 0.换句话说，输出电阻为0，电压增益A0为无穷大。
○ 无论频率如何，电压增益应始终为无穷大。
⑵ v i __- v o 曲线
① 图： 输出电压的大小不能超过电源电压。
图 7. 实际运算放大器图
②运放放大倍数范围
③ v+ = v- 也适用于下面的解决方案示例。
⑶ 反馈意见
① 定义 : 反馈回路 : 输出端子与输入端子之间的连接
② 用途： 放大范围相当窄，因此运放不常在没有反馈环路的情况下使用。
○ 换句话说，构建开环电路使得放大倍数难以调整，并且容易发生饱和。
○ 构建反馈回路允许用户调整放大倍数。
⑷ 例1：反相放大器：电压增益为负。交流信号在输出中反相。
图 8. 反相放大器
⑸ 示例2：同相放大器：虚拟短路点处的节点被解释为vin。
图 9. 同相放大器
⑹ 例3：求和放大器：利用叠加原理来解读多个反相放大电路。图 10. 反相求和放大器
⑺ 示例4：电压跟随器：消除负载效应的策略。
图 11. 电压跟随器
① 有加载效应时： vb = 0.5 vin (O), va = 0.75 vin (X)
图12. 有加载效果时
② 无负载效应时： 由于运放虚短路，vc = va
图13. 无加载效果时
⑻ 示例 5： 差分放大器
图 14. 差分放大器
①电路解读
○ 当 Rb = kRa 且 Rd = kRc : vo = k (vb - va)
② 差分放大器的优点
○ 可消除测量va、vb时常见误差的影响
○ 在传感器中的应用 ： 可以读取与被测物理量成比例的值
⑼ 例6： 微分放大器
图 15. 差分放大器
①电路解读
② 特点
○ 所有信号都存在一定程度的噪声
○ 由于噪声的影响，输出电压值变化非常不规律
○ 微分器在实际中应用并不广泛
⑽ 例7： 积分放大器
图 15. 积分放大器
⑾ 示例8：
图 16. 示例 1
①电路解读
○ 将 KCL 应用于反相输入节点
○ 将 KCL 应用于同相输入节点
○ 理想运放的应用特性
○ 结论
② 50 kΩ 电阻根本不影响电路解释 : 50 kΩ 电阻产生的电流作为电源电流逸出
3。实用运算放大器
⑴ 实际反相运放 : 考虑 Ri ≠ Infini, Ro ≠ 0 作为实际运放
图 17. 实际反相运算放大器
（箭头均表示接地）
① 表示为1/R 表示为G
② 理想运放的情况 : A → ∞, Gi → 0, Go →
∞，代入后，与前面的结论相符
③ 零偏移量
图 20. 零偏移量
○ 电路解读
○ vpractical - video 根据 R1
○ 在 R1 = 0 的情况下 : 出现 Vos 项，因此 vpractical - videal = (1 + R3 / R2)vos + R3 ib1
○ R1 ≪ 1 时，R1 ≠ 0 : vpractical - videal = R3 ib1 = R3 × (偏置电流)
○ R1 = (R2-1 + R3-1)-1 : vpractical - videal = R3 (ib1 - ib2) = R3 × (失调电流)
○ 偏移
○ 实际情况控制量与理想情况控制量的偏差
○ 一般情况下，偏置电流约为失调电流的 4 倍 : R1 作为可变电阻，降低了实际运放的误差，即失调为零
⑵ SR（Slew Rate）：信号从输入端传输到输出端的速率的度量
图 21. 转换速率
①数学表达式
② 所有输入信号都可以表示为阶跃函数的积分和 ： 可以求出准确的输出函数
⑷运放的不对称性
① 负反馈运放 ： 连接到反相输入节点的反馈电路
○ 反馈电路 : 连接输出端和输入端的电路
图 22. 负反馈运算放大器
○ 理想运算放大器 : vo = A (v2 - v1)
○ 实际运算放大器 : vo = A (v2 - v1)
② 正反馈运放： 连接到同相输入节点的反馈电路
○ 反馈电路 : 连接输出端和输入端的电路
图 23. 正反馈运算放大器
○ 理想运算放大器 : vo = A (v2 - v1)
○ 实际运放 : vo = v+ 或 v- (运放的供电电压)
③原因：与【杂散电容】有关(https://jb243.github.io/pages/6)
4。运放参数
表 1. 运放参数
输入：2016-01-09 21:30