运算放大器 学好的运算放大器的16个基础知识点

1.通常，反相/同相放大器电路中有一个平衡电阻。这个平衡电阻的作用是什么？

(1)为芯片内部的晶体管提供适当的静态偏置。

芯片内部的电路通常是直接耦合的，可以自动调整静态工作点。但如果一个输入引脚直接连接到电源或地，其自动调节功能异常，因为芯片内部的晶体管无法升高地电压或降低电源电压，导致芯片不满足虚短路和虚断路的条件，电路需要单独分析。

(2)为消除静态基极电流对输出电压的影响，大小应与两个输入端外部DC路径的等效电阻值相平衡，这也是其得名的原因。

2.同相比例运算放大器，反馈电阻上的电容作用是什么？

(1)反馈电阻和电容组成高通滤波器，局部高频放大特别厉害。

(2)防止自激。

3.运算放大器的同相放大电路不接平衡电阻会有什么后果？

(1)烧毁运算放大器可能损坏运算放大器，电阻会分压。

4.当运算放大器的输入端拉起电容时，下拉电阻能起到什么作用？

(1)是得到正反馈还是负反馈，这取决于具体的联系。比如我取当前的输入电压信号和输出电压信号，然后在输出端取出一根导线连接到输入段，那么由于上面的电阻，一些输出信号经过电阻后会得到一个电压值，输入电压被分流使输入电压变小，这就是负反馈。因为信号源的输出信号总是恒定的，所以输出信号可以通过负反馈来校正。

5.运算放大器连接到积分器。积分电容两端并联电阻RF有什么作用？

(1)泄放电阻，用于防止输出电压失控。

6.为什么运算放大器的输入端一般都是电阻和电容串联？

(1)如果你熟悉运算放大器的内部电路，你就会知道无论什么运算放大器都是由几个晶体管或MOS管组成的。在没有外部元件的情况下，运算放大器是一个比较器。当同相端电压高时，它将输出与正电压相似的电平，反之亦然...但是这个运算放大器好像用处不大。只有当使用外部电路时，它才形成反馈形式，这将使运算放大器具有放大和翻转功能...

7、运算放大器同相放大电路如果平衡电阻错了，会有什么后果？

(1)如果反相端不平衡，输入为0时会有输出，信号输入时的输出值总是比理论输出值大(或小)的固定数。

(2)输入偏置电流引起的误差无法消除。

8.理想的集成运算放大器的放大倍数是多少？输入阻抗是多少？它的同相输入和反相输入之间的电压是多少？

(1)放大倍数无穷大，输入阻抗无穷小，同方向输入和反方向输入之间的电压几乎相同(不是0！！！比如同端10V，反端999999V)。我刚考完电工，记住！

9.请问为什么理想运算放大器的开环增益是无穷大？

(1)运算放大器实际开环增益达到10万以上，非常非常大。因此，实际运算放大器的开环增益被认为是无限的，虚拟地由此导出。

(2)推导虚地仅用于反相放大器。

我在书上看到，运算放大器的开环增益是无穷大的，使得闭环增益不受开环增益的限制，在设计电路时只依赖于外部元件。就是为了闭环增益的稳定性而牺牲大的开环增益。

(3)推导虚地是针对运算放大器不仅是负反馈连接的反相放大器；正反馈没有虚地。

(4)众所周知，如果增益较小，对于一个输出电压，运放两端的电压差相对较大，如果接入负反馈状态，会给运放两端带来不一致的电压，从而造成放大误差。

(5)运放“虚短”的实现有两个条件:

1)运算放大器的开环增益a应该足够大；

2)要有负反馈电路。

先说第一点。我们知道运算放大器的输出电压Vo等于非反相输入的端电压和反相输入的端电压之差Vid乘以运算放大器的开环增益A。即Vo = Vid * A = (VI+-VI-) * A (1)是一个限定值，因为实际上运算放大器的输出电压不会超过电源电压。这种情况下，如果A大，(VI+-VI-)一定小；如果(VI+-VI-)小到一定程度，我们其实可以把它看成0。这时会有VI+ = VI-，也就是运算放大器同相输入端的电压等于反相输入端的电压，就好像它们连在一起了，这就是所谓的“虚短路”。注意两者并没有真正的联系，两者之间是有阻力的，一定要谨记在心。

在上面的讨论中，我们是如何得到“虚短”结果的？

我们的出发点是公式(1)，这是运放的特性，没有问题，可以放心。然后，我们做了两个重要的假设。一个是运算放大器输出电压有限，没问题。当然，运算放大器的输出不会超过电源，所以这个假设是绝对成立的，以后就不提了。二是运算放大器的开环增益A很大。普通运算放大器的A通常达到10的6次方或7次方甚至更高。这个假设一般没问题，但别忘了运算放大器的实际开环增益也与其工作状态有关。没有线性区域，A不一定大。所以这第二个假设是有条件的，我们首先要记住这一点。

所以我们知道，当运算放大器的开环增益A较大时，运算放大器可以有“虚短”。但这只是一种可能，不是自动实现的。没有人会相信运算放大器的两个输入是“虚短”。“虚短路”只能在特定的电路中实现。

“虚短”存在的条件是:

1)运算放大器的开环增益a应该足够大；

2)要有负反馈电路。

在了解了“虚短路”的条件后，我们就可以很容易地判断什么时候可以用“虚短路”进行电路分析。事实上，条件(1)适用于大多数运算放大器，关键取决于工作区域。如果是书上的电路，通过计算判断；如果是实际电路，用仪器就可以知道运算放大器的输出电压是否合理。另一种与“虚短”有关的情况称为“虚地”，即一个输入端接地时的“虚短”，这不是新情况。有书上说“虚短”只能在深度负反馈的情况下使用。我觉得这个不准确。我觉得潜在的思路是，在深度负反馈的情况下，运算放大器更容易工作在线性区域。但这不是绝对的。当输入信号过大时，深度负反馈的运算放大器仍会进入饱和状态。

所以输出电压应该是最可靠的。

10.输入信号直接施加到非反相输入端，反相输入端通过电阻接地。为什么U_ = U+ =Ui≠0？不是虚拟的土地吗？

问题补充:构成不足，必须满足一定条件。那就构成了满足一定条件的虚拟土地？这是什么？为什么？

(1)同相放大电路中，输出通过反馈使U(+)自动跟踪U(-)使U(+)-U(-)会接近0。好像两端都短路了，所以叫“虚短路”。

(2)由于虚短路现象和运算放大器的高输入电阻，流经运算放大器两个输入端的电流很小，接近于0。这种现象叫“虚断”(虚断源于虚短，所以不要认为二者是矛盾的)

(3)虚地在反相放电电路中，(+)端接地，(-)端连接到输入和反馈网络。由于虚短的存在，U(-)和U(+)[电位等于0]非常接近，所以称之为(-)端子假接地——“虚地”

(4)条件:虚短路是同相放大电路闭环工作状态的重要特征(简单来说就是有反馈)，虚接地是反相放大电路闭环工作状态的重要特征。注意对虚短条件的理解(比如“接近相等”)，应该可以。

11.我一直觉得运放的型号有点奇怪。首先是“虚短”。由于“虚短路”，当运算放大器接入同相放大器时，两个输入端的电位相同。此时，如果测量输入端的波形，它将是相同的，这就像一个共模信号。事实上，两个输入端仍然有微小的差模信号，但普通仪器无法测量。但是，为什么运算放大器要这样用呢？

(1)同相放大器的共模信号远大于反相放大器，对共模抑制比要求较高。

(2)“两种放大器的共模信号抑制能力”之我见运算放大器共模信号抑制比的好坏(db值)主要取决于运算放大器内部(仅内部)差分放大器的对称度和增益。很明显，没有运算放大器提供它的共模抑制比，同时又增加了外部电路的结构条件。对于单端输入，无论是同相还是同相，等效共模值都是输入值的一半。但由于同相放大的输入阻抗通常大于反相放大的输入阻抗，其抗干扰能力当然更差。

如上所述，当输入反向时，反相的端电压几乎为零，因此差分对管的集电极电压只变化一个管。在同相输入的情况下，反相端的电压等于同相端的电压，所以共模电压等于输入电压！也就是说，差动对管的集电极电压除了两个管同时向不同方向变化的部分外，向相同方向变化，这就是共模输出电压。它与其中一个管的电压同相相加。因此，管趋于饱和(或截止)。好在共模电压的放大只是差模放大的一个数万倍。

以上并不意味着放大器的差模输入和共模输入的共模抑制比不同！应该是在同相输入端会加一个等于输入量的共模信号！因此，当输入信号较大时，应小心使用同相放大模式。

12.为什么运算放大器一般需要反比例放大？

逆输入法和同相输入法的主要区别是:

在反相输入法中，在非反相端有一个平衡电阻接地，这个电阻上没有电流(因为运算放大器的输入电阻特别大)，所以非反相端近似等于地电位，称为“虚地”，而反相端的电位与非反相端的电位非常接近，所以反相端也有一个“虚地”。有虚地的好处是没有共模输入信号，即使这个运算放大器的共模抑制比不高，也没有共模输出。同相输入连接中没有“虚地”。当使用单端输入信号时，将产生共模输入信号。即使使用高共模抑制比的运算放大器，仍然会有共模输出。

所以一般情况下，使用时会尽量采用倒输入连接。

13.有些运算放大器上电后即使没有电压输入也会输出，输出也不小，所以常用VCC/2作为参考电压。

(1)运放有输出没有任何输入，这是由于运放的设计结构不对称造成的，即输入失调电压Vos，这是运放非常重要的性能参数。运算放大器通常使用VCC/2作为参考电压，因为运算放大器处于单电源工作状态。此时，运算放大器的真实参考是VCC/2。因此，通常在运算放大器的正端提供VCC/2 DC偏置，当使用正负双电源时，通常将其接地。

运算放大器的选择有很多需要注意的地方。在不严格的条件下，往往需要考虑运算放大器的工作电压、输出电流、功耗、增益带宽积和价格。当然，在特殊条件下使用运算放大器时，要考虑不同的影响因素。

14、为什么运算放大器组成的放大电路一般是采样反相输入方式？

(1)逆输入法和同相输入法的主要区别是:

在反相输入法中，在非反相端有一个平衡电阻接地，这个电阻上没有电流(因为运算放大器的输入电阻特别大)，所以非反相端近似等于地电位，称为“虚地”，而反相端的电位与非反相端的电位非常接近，所以反相端也有一个“虚地”。有虚地的好处是没有共模输入信号，即使这个运算放大器的共模抑制比不高，也没有共模输出。同相输入连接中没有“虚地”。当使用单端输入信号时，将产生共模输入信号。即使使用高共模抑制比的运算放大器，仍然会有共模输出。所以一般情况下，使用时会尽量采用倒输入连接。

(2)正相是振荡器，反相可以稳定放大器，接入负反馈

(3)原则上，可以连接同相比例放大电路。但是在实际应用中，放大后的信号(即差模信号)往往很小，因此需要抑制噪声(通常表现为共模信号)。但同相比例放大电路对共模信号的抑制能力较差，待放大信号会淹没在噪声中，不利于后处理。所以一般选择抑制能力更好的反比例放大电路。

15、运算放大器的重要特性？

(1)如果运算放大器的两个输入端的电压都是0V，那么输出端的端电压也应该等于0V。但事实上，输出端总是有一些电压，这就是所谓的失调电压VOS。如果输出端的失调电压除以电路的噪声增益，结果称为输入失调电压或输入参考失调电压。这个特征在数据表中通常被称为VOS。VOS相当于与运算放大器的反相输入串联的电压源。必须在放大器的两个输入端施加差分电压，以产生0V输出。

(2)理想运算放大器的输入阻抗是无穷大，所以不会有电流流入输入端。然而，在输入级使用双极结型晶体管(BJT)的实际运算放大器需要一些工作电流，称为偏置电流(IB)。通常有两个偏置电流:IB+和IB-，分别流入两个输入端。IB值的范围很广，特殊运算放大器的偏置电流低至60fA(大Z每3μs通过一个电子)，而一些高速运算放大器的偏置电流可以高达几十mA。

(3)第一个单片机运算放大器正常工作所需的电源电压范围为15V。如今，由于电路速度的提高和低电源(如电池)的使用，运算放大器的电源正在向低电压方向发展。虽然运算放大器的电压规格通常指定为对称双极性电压(如15 V)，但这些电压不一定是对称的或双极性的。就运算放大器而言，只要输入端偏置在有源区(即共模电压范围内)，15V电源就相当于+30V/0V电源或+20V/–10V电源。运算放大器没有接地引脚，除非负电压轨在单电源应用中接地。运算放大器电路的任何部分都不需要接地。

高速电路的输入电压摆幅小于低速器件。器件速度越高，其几何尺寸越小，这意味着击穿电压越低。由于击穿电压低，器件必须在低电源电压下工作。现在运算放大器的击穿电压一般在7V左右，所以高速运算放大器的电源电压一般为5V，也可以在+5V的单电源电压下工作。

对于一般的运算放大器，电源电压可以低到+1，8V。这种运算放大器由单电源供电，但这并不一定意味着必须使用低电源电压。单电源电压和低电压是两个相关且独立的概念。

16、运算放大器的放大原理是什么？

运算放大器的核心是差分放大器。两个三极管背靠背相连。分享一个横流源的电流。一个三极管是运算放大器的正向输入，另一个是反向输入。正向输入三极管放大后送到功率放大电路放大输出。这样，如果正向输入端的电压上升，输出自然会变大。如果反相输入端的电压升高，反相二极管和正向二极管共用一个恒流源。如果反向三端双向可控硅开关的电流很大，正向三端双向可控硅开关就会很小，所以输出会降低。所以叫反向输入。当然电路内部还有很多其他的功能部件，但是核心是这样的。