電路設計 - 基本瞭解運算放大器

為了更好地瞭解 運算放大器, 以下（1）6.個問題和答案可以讓您快速熟悉 運算放大器.

1、一般來說，逆變/同相放大器電路中會有一個平衡電阻。 這種平衡阻力的作用是什麼？

（1）為晶片內的電晶體提供合適的靜態偏置。

晶片內部的電路通常直接耦合，可以自動調整靜態工作點。 然而，如果輸入引脚直接連接到電源或接地，其自動調整功能异常，因為晶片內的電晶體無法提高接地線的電壓或拉低電源的電壓，導致晶片無法滿足虛擬短路和虛擬斷開的條件，需要單獨分析電路。

（2）為了消除靜態基極電流對輸出電壓的影響，其大小應與兩個輸入端子處外部直流路徑的等效電阻平衡，這也是其命名的原因。

2、迴響電阻上帶電容的同相比例運算放大器的作用是什麼[/H1]（1）迴響電阻和電容形成高通濾波器，對局部高頻放大特別强大。

（2）防止自激。

基本瞭解運算放大器

3、如果運算放大器的同相放大器電路未連接到平衡電阻，會產生什麼後果？

燒毀運算放大器可能會損壞運算放大器，電阻會起到分壓作用。

4、下拉電阻器在拉高運算放大器輸入端的電容器時起到什麼作用？

它是獲得正回饋和負反饋的問題，這取決於具體的聯系。 例如，如果我取當前輸入電壓訊號和輸出電壓訊號，然後在輸出端取出一根導線將其連接到輸入部分，則由於上述電阻，部分輸出信號在通過電阻後獲得一個電壓值，分流輸入電壓以降低輸入電壓，這是一個負反饋。 因為信號源輸出的訊號總是恒定的，所以可以通過負反饋校正輸出信號。

運算放大器連接到積分器中。 積分電容器兩端並聯電阻RF的作用是什麼？

放電電阻器用於防止輸出電壓失控。

為什麼電阻器和電容器通常在運算放大器的輸入端串聯？

如果你熟悉運算放大器的內部電路，你就會知道無論什麼運算放大器是由幾個電晶體或MOS管組成的。 在沒有外部元件的情况下，運算放大器是一個比較器。 當同相端子上的電壓較高時，它將輸出與正電壓相似的電平，反之亦然。。。 但這種運算放大器似乎用處不大。 只有當外部電路以迴響的形式形成時，運算放大器才能具有放大、逆變等功能

7、如果運算放大器同相放大電路的平衡電阻錯誤，會產生什麼後果？

（1）同相逆變端不平衡，輸入為0時也有輸出。 輸入信號時，輸出值總是比理論輸出值大（或小）一個固定數位。

（2）輸入偏置電流引起的誤差無法消除。

理想集成運算放大器的放大係數是多少，輸入阻抗是多少，同相輸入和逆變輸入之間的電壓是多少？

放大倍數為無窮大，輸入阻抗為無窮小，同方向輸入和反向輸入之間的電壓幾乎相同（不是0！！！（另一端為10V，另一端為9.9999V）

請問，為什麼理想運算放大器的開環增益是無限的？

（1）運算放大器的實際開環增益超過100000，這是非常非常大的。 囙此，將實際運算放大器的開環增益想像為無窮大，並匯出虛擬接地。

（2）匯出的虛擬接地僅用於反相放大器。

從書中可以看出，運算放大器的開環增益是無限的，囙此在設計電路時，閉環增益不受開環增益的限制，而只取決於外部元件。 為了閉環增益的穩定性，需要犧牲較大的開環增益。

（3）推導出當運算放大器接負反饋時，虛地不僅是逆變放大器； 正回饋中沒有虛擬的基礎。

（4）眾所周知，如果增益很小，對於輸出電壓，施加在運算放大器兩端的電壓之間的差值相對較大。 如果連接到負反饋狀態，運算放大器兩端的電壓將不一致，導致放大誤差。

（5）實現運算放大器的“虛短路”有兩個條件：

1）運算放大器的開環增益a應足够大；

2）應有負反饋電路。

首先，我們知道運算放大器的輸出電壓Vo等於正相輸入電壓和反相輸入電壓之間的差值vid乘以運算放大器的開環增益a。 也就是說，VO=vid*a=（VI-VI-）*a（1），因為運算放大器的輸出電壓實際上不會超過電源電壓，所以它是一個有限的值。

在這種情況下，如果a是大的，（VI-VI-）必須是小的； 如果（VI-VI-）在一定程度上很小，我們實際上可以將其視為0。 此時，會出現VI=VI-，即運算放大器同相輸入端的電壓等於逆變輸入端的電壓，逆變輸入端似乎連接在一起。 這稱為“虛擬短路”。 請注意，它們並不是真正相連的，它們之間存在阻力，必須記住這一點。

在上面的討論中，我們如何得到“虛擬空頭”的結果？

我們的出發點是公式（1），這是運算放大器的特性。 沒有問題。 我們可以放心。 然後，我們做了兩個重要的假設。 一是運算放大器的輸出電壓有限，這是沒有問題的。 當然，運算放大器的輸出不會超過電源，所以這個假設是正確的，所以我們以後不再提及。 第二，運算放大器的開環增益a非常大。

普通運算放大器的a通常高達10的6、7次方甚至更高。 這種假設通常沒有問題，但不要忘記運算放大器的實際開環增益也與其工作狀態有關。 如果離開線性區域，a不一定大。 囙此，第二個假設是有條件的。 讓我們先記住這一點。

囙此，我們知道，當運算放大器的開環增益a較大時，運算放大器可能存在“虛短路”。 但這只是一種可能性，不是自動的。 沒有人會相信運算放大器的兩個輸入是“虛擬短路”——只有在特定的電路中才能實現“虛擬短路”。

“虛短”存在的條件是：

1）運算放大器的開環增益a應足够大；

2）應有負反饋電路。

在瞭解了“虛擬短路”的條件後，我們可以很容易地判斷何時可以和不可以使用“虛擬短路”進行電路分析。 事實上，條件（1）適用於大多數運算放大器，關鍵取決於工作區域。

如果是書中的回路，則通過計算進行判斷； 如果是實際電路，通過測量儀器可以知道運算放大器的輸出電壓是否合理。 與“虛擬短路”相關的另一種情况稱為“虛擬接地”，即輸入端子接地時的“虛擬短路”，這不是新情况。

有些書說，“虛擬空頭”只能在有深度負面迴響的情况下使用。 我認為這不準確。 我認為潜在的想法是，在深度負反饋的情况下，運算放大器更有可能在線性區域工作。 但事實並非如此。 當輸入信號過大時，具有深度負反饋的運算放大器仍進入飽和狀態。

囙此，應根據輸出電壓值可靠判斷。

10、輸入信號直接加到同相輸入端，逆變輸入端通過電阻接地。 為什麼u=u=Ui–0？ 這不是一個空曠的地方嗎？

問題補充：必須滿足某些條件才能形成缺陷和不足。 是否必須滿足某些條件才能形成虛擬土地？ 這是怎麼一回事？ 為什麼？

（1）在同相放大器電路中，輸出使u（）通過迴響自動跟蹤u（-），囙此u（）-u（-）將接近0。 似乎兩端都短路了，所以稱之為“虛擬短路”。

（2）由於運算放大器的虛擬短路現象和高輸入電阻，流經運算放大器兩個輸入端子的電流非常小，接近0。 這種現象被稱為“虛斷”（虛斷源於虛短，不要認為兩者是衝突的）

（3）虛擬接地位於反相運算放大器電路中，（）端子接地，（-）輸入和迴響網絡。 由於虛短路的存在，u（-）和u（）[電勢等於0]非常接近，囙此在（-）端被稱為假接地——“虛地”

（4）關於條件：虛短路是同相放大電路閉環（簡言之，帶迴響）工作狀態的一個重要特徵，虛地是反相放大電路閉環工作狀態的一個重要特徵。 注意瞭解虛短的條件（如“接近相等”），應該可以。

11、我總是覺得運算放大器的型號有些奇怪。 第一種是“虛短”，因為“虛短”。 當運算放大器連接到同相放大器時，兩個輸入端的電勢相同。 此時，如果量測輸入的波形相同，則類似於共模訊號。 事實上，兩個輸入端上仍然存在小的差模訊號，然而，通過這種管道，人為的“虛擬短路”（因為虛擬短路是深度負反饋的結果，這是人為的）新增了兩個輸入端的共模訊號，這對運算放大器的效能提出了挑戰。 為什麼要這樣使用運算放大器？

（1）同相放大器的共模訊號比逆變放大器的共模訊號大得多，對共模抑制比的要求也很高。

（2）我對“同向和反向放大器的共模訊號抑制能力”的看法運算放大器共模訊號抑制比的優缺點（DB值）主要取決於運算放大器內部（僅內部）差分放大器的對稱性和增益。 很明顯，沒有運算放大器能提供共模抑制比並附加外部電路的結構條件。

對於單端輸入，無論是同相輸入還是反向輸入，等效共模值為輸入值的一半。 然而，由於同相放大的輸入阻抗通常大於反向放大的輸入阻抗，囙此其抗干擾能力肯定較差。

如上所述，當逆變輸入時，逆變端電壓幾乎為零，囙此差分管的集電極電壓只有一個管變化。 同相輸入時，逆變端的電壓等於同相端的電壓，囙此共模電壓等於輸入電壓！ 也就是說，除了兩個電晶體中同時在不同方向上改變的部分之外，差分對電晶體的集電極電壓在相同方向上改變，這是共模輸出電壓。

它與其中一根管子的電壓同相相加。 囙此，很容易導致筦道飽和（或切斷）。 幸運的是，共模電壓的放大倍數只有差模放大倍數的幾萬倍。

以上並不意味著放大器的差模輸入和共模輸入的共模抑制比不同！ 它應該是同相輸入，並且將添加與輸入等效的共模訊號！ 囙此，當輸入信號較大時，應謹慎使用同相放大模式。

為什麼運算放大器通常必須反向縮放？

逆輸入法和同相輸入法之間的主要區別是：

對於逆變輸入法，平衡電阻器在同相端子處接地，並且該電阻器上沒有電流（因為運算放大器的輸入電阻非常大），囙此該同相端子大約等於地電位，稱為“虛擬地”， 並且逆變端和同相端的電勢非常接近，囙此在逆變端也存在“虛擬接地”。

虛擬接地的優點是沒有共模輸入信號。 即使該運算放大器的共模抑制比不高，也沒有共模輸出。 同相輸入連接方法沒有“虛擬接地”。 當使用單端輸入信號時，將生成共模輸入信號。 即使使用具有高共模抑制比的運算放大器，仍然會有共模輸出。

囙此，一般情况下，將盡可能使用反向輸入連接方法。

13.有些運算放大器通電後即使沒有電壓輸入也會輸出，而且輸出不小，所以通常使用VCC/2作為參攷電壓。

運算放大器具有無任何輸入的輸出，這是由於運算放大器本身的非對稱設計結構，即輸入偏置電壓Vos，這是運算放大器的一個非常重要的性能參數。 由於運算放大器處於單電源工作狀態，通常使用VCC／2作為運算放大器的參攷電壓。 此時，運算放大器的實際參攷是VCC/2。 囙此，通常在運算放大器的正端提供VCC/2的直流偏置，並且在提供正電源和負電源時，通常使用地作為參攷。

在選擇運算放大器時，需要注意許多事項。 在不太嚴格的條件下，常常需要考慮運算放大器的工作電壓、輸出電流、功耗、增益頻寬積、價格等。 當然，當運算放大器在特殊條件下使用時，需要考慮不同的影響因素。

14、為什麼由運算放大器組成的放大器電路通常會對反向輸入模式進行採樣？

（1）逆輸入法和同相輸入法之間的主要區別是：

對於逆變輸入法，平衡電阻器在同相端子處接地，並且該電阻器上沒有電流（因為運算放大器的輸入電阻非常大），囙此該同相端子大約等於地電位，稱為“虛擬地”， 並且逆變端和同相端的電勢非常接近，囙此在逆變端也存在“虛擬接地”。

虛擬接地的優點是沒有共模輸入信號。 即使該運算放大器的共模抑制比不高，也沒有共模輸出。 同相輸入連接方法沒有“虛擬接地”。 當使用單端輸入信號時，將生成共模輸入信號。 即使使用具有高共模抑制比的運算放大器，仍然會有共模輸出。 囙此，一般情况下，將盡可能使用反向輸入連接方法。

（2）正相比特為振盪器，反相可穩定放大器，負反饋連接

（3）原則上，可以連接同相比例放大電路。 然而，在實際應用中，放大訊號（即差模訊號）通常非常小。 此時，應注意抑制雜訊（通常為共模訊號）。 同相比例放大電路對共模訊號的抑制能力較差，被放大的訊號會淹沒在雜訊中，不利於後處理。 囙此，一般選用抑制能力好的反比例放大電路。

15、放大器的重要特點是什麼？

（1）如果運算放大器的兩個輸入端上的電壓均為0V，則輸出電壓也應等於0V。 但實際上，在輸出端總是有一些電壓，這被稱為偏移電壓Vos。 如果輸出端的偏移電壓除以電路的雜訊增益，則結果稱為輸入偏移電壓或輸入參攷偏移電壓。 此功能通常在資料表的Vos中給出。

Vos相當於與運算放大器的逆變輸入串聯的電壓源。 必須向放大器的兩個輸入端施加差分電壓，以產生0V輸出。

（2）理想運算放大器的輸入阻抗是無限的，囙此不會有電流流入輸入端。 然而，在輸入級使用雙極電晶體（BJT）的實際運算放大器需要一些工作電流，即偏置電流（IB）。 通常有兩個偏置電流：IB和IB-，分別流入兩個輸入端。 IB值的範圍很大，是一種特殊的運算放大器