运算放大器的基础知识

发表于 2019-12-14 17:39

本帖最后由 xukun977 于 2019-12-14 17:55 编辑

本贴重点是复习运放的频率响应！
所用教材为加利福尼亚和斯坦福大学二位教授编写的教材。

运放的数学表征为：

其中增益A是频率的函数，在直流（零频率）时通常是最大值。

例如某运放的增益表达式为：

式中j=√(-1)，f标示频率变量。

增益A的大小为：

A的直流值Adc=A|f=0=10000，A的大小取最大值Adc在频率f=0处。

运放另一个特点是：当vp=vn时，Vout=0，至少原理上如此，暂且不考虑失调。

上面定义的运放数学表达式过于理想，对于实际运放，A是信号电平、温度、电源电压等的函数，而且每一片运放都不同。
而且运放还有失调电压Voffst.假设运放的Adc=1000，最大输入失调电压Voffset=±1mV，那么当Vp=Vn=0时，Vout的范围是±1mV*1000=±1V之间。也就是说，当如Vp=Vn=0V，输出电压在-1V和1V之间。

发表于 2019-12-14 18:06

本帖最后由 xukun977 于 2019-12-14 18:19 编辑

上面说的是Vp=Vn=0时的情形，如果Vp=Vn≠0，那么部分输入电压会到达输出端，这个特点用共模放大倍数Acm标示。

假设某运放的Acm=0.0001,如果Vp=Vn=1V,那么即便失调电压完全不考虑，输出电压Vout=1V*0.0001=0.1mV

运放还有一个特性，是输入电流为零，事实上，总是有很小的输入电流，不管多小，都是必须的，所以一般要求运放的输入端要有直流通路，而且最终通路要到地。

当然了，对于直流平衡电阻，如下图的5k电阻，并不是特别重要，可在一定范围内取值，通常就是简单的取输入电阻和反馈电阻的炳联值。

例如741运放的输入偏置电流大约是0.1uA级别的以下，这个电流通过10k电阻，产生1mV压降，通过100k电阻产生10mV压降，1M欧电阻产生0.1V压降，所以如果电阻阻值低于100k，偏置电流带来的失调并不严重，如果阻值很大就要注意了。当然了，Roffset电阻太大，则Voff大了，且难以调整；如果阻值太小，则难以驱动，需要折中考虑。

发表于 2019-12-14 19:18

本帖最后由 xukun977 于 2019-12-14 19:21 编辑

大家自己去翻翻帖子，看看有多少帖子中的电路，把直流通路电阻省略了。

模拟电路从某个角度看是搭积木，但是不要忘记低阻直流通路：

发表于 2019-12-14 19:32

输入偏置电流，并非指两个输入端的输入电流，而是两个输入电流的平均值！！！！！！！！！

即

假设某运放的最大输入偏置电流为50pA，那么运放每个输入端的输入电流在区间0pA到100pA之间的某个不定值。

如果Ios也给定了在手册中：

那么才有可能用平均输入偏置电路和失调电流标示出两个输入端的电流Ip和In

发表于 2019-12-17 18:13

QQ群的keren网友问书籍名字，我在其它帖子里说过了，上传几十G书籍，除了让人崩溃，也没有其它好处。

即便是下载了几十G书籍的，有多少人能看过其中的十分之一，乃至百分之一？？？

发表于 2019-12-17 18:46

本帖最后由 xukun977 于 2019-12-17 18:53 编辑

我在模拟版块点评某模拟电路书籍，该书的写作方法是：从传统教科书上抄点理论，然后才datasheet上复制粘贴大量电路。
我的意思是复制粘贴的东西超过该书70%以上的篇幅，站在论文审核的角度讲，毫无原创性可言了，倘若是博士论文，绝对是过不了关的，除非有人有关系。

有人评论说：

请问：粘贴复制内容超过70%，绝大多数内容是别人的，哪来的独到见解？？这样的书籍，何来的【自己思想灵魂】？？？

如果说复制粘贴datasheet就叫有灵魂，不抄datasheet就叫没有灵魂，那么我可以给出一堆“有灵魂”的书籍：

发表于 2019-12-18 10:04

本帖最后由 xukun977 于 2019-12-18 10:07 编辑

关于运放的输入噪声，核心内容是理解：高斯分布噪声电压的峰峰值与有效值之间的关系。

上图中的那个表，想表达的意思是:第一列数据是峰峰值，第二列数据是幅值大于对应峰峰值的概率！

发表于 2019-12-18 17:13

本帖最后由 xukun977 于 2019-12-18 17:16 编辑

功率增强器

大多数运放受限于有限的电流和电压输出能力，直接驱动电机、喇叭、继电器等负载是不行的，如果用专业的功放，例如某款高压功放，价格是近百元一个，成本太高。
这时多用功率增强器，输出电压方面好在有轨到轨运放，压力小了不少，而几十mA左右的输出电流，是不够用的。

下图是手册上给的电流增强器：

上图使用互补跟随器来提供双极性电流增强，这种电路的设计难点是为了减小失真，要外加不少电路元件。

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