溫習(xí)一下運(yùn)算放大器的基礎(chǔ)知識(shí)

運(yùn)算放大器： 我們也稱(chēng)之為運(yùn)放，根本上說(shuō)是一種電壓放大設(shè)備。在運(yùn)放的輸入和輸出端子之間添加外部反饋元件，例如電阻和電容，這些反饋元器件決定了運(yùn)放的最終功能。

我覺(jué)得這句話(huà)說(shuō)的特別好，一句話(huà)道破了運(yùn)放的本質(zhì)，其實(shí)就是一個(gè)放大器加各種RC組合，其實(shí)一種方法是你可以把RC和運(yùn)放的﹢和﹣各種組合做個(gè)表格，其實(shí)也就產(chǎn)生了 各種運(yùn)算放大器 。

大多數(shù)的運(yùn)放都是電壓放大器，所以我們也只考慮電壓放大的運(yùn)放。

理想運(yùn)算放大器的等效電路

圖片來(lái)自electronics-tutorials

運(yùn)算放大器的理想化特性：

開(kāi)環(huán)增益Avo

無(wú)限 ——運(yùn)算放大器的主要功能是放大輸入信號(hào)，開(kāi)環(huán)增益越大越好。開(kāi)環(huán)增益是沒(méi)有正反饋或負(fù)反饋的運(yùn)算放大器的增益，對(duì)于這樣的放大器，增益將是無(wú)限的，但典型的實(shí)際值范圍從大約 20,000 到 200,000。

輸入阻抗Zin

無(wú)限大 ——輸入阻抗是輸入電壓與輸入電流的比值，假設(shè)為無(wú)限大，以防止任何電流從源電源流入放大器輸入電路 ( I IN = 0 )。真正的運(yùn)算放大器具有從幾皮安到幾毫安的輸入漏電流。

輸出阻抗Zout

零 ——假設(shè)理想運(yùn)算放大器的輸出阻抗為零，作為一個(gè)完美的內(nèi)部電壓源，沒(méi)有內(nèi)阻，因此它可以為負(fù)載提供盡可能多的電流。該內(nèi)部電阻實(shí)際上與負(fù)載串聯(lián)，從而降低負(fù)載可用的輸出電壓。實(shí)際運(yùn)算放大器的輸出阻抗在 100-20kΩ 范圍內(nèi)。

帶寬 BW

無(wú)限 ——理想的運(yùn)算放大器具有無(wú)限的頻率響應(yīng)，可以放大從直流到最高交流頻率的任何頻率信號(hào)，因此假定它具有無(wú)限帶寬。對(duì)于真正的運(yùn)算放大器，帶寬受增益帶寬積 (GB) 的限制，它等于放大器增益變?yōu)閱挝粫r(shí)的頻率。

失調(diào)電壓Vio

零 ——當(dāng)反相輸入和非反相輸入之間的電壓差為零、相同或兩個(gè)輸入都接地時(shí)，放大器輸出將為零。實(shí)際運(yùn)算放大器具有一定量的輸出失調(diào)電壓。

從上面的這些“理想化”特性，我們可以看出輸入電阻是無(wú)窮大，因此 沒(méi)有電流流入任一輸入端 （我們理解為 虛斷 ，正負(fù)端到運(yùn)放內(nèi)部的電路，相當(dāng)于完全斷開(kāi)”）， 差分輸入失調(diào)電壓為零 （“輸入的正負(fù)兩端，如果工作起來(lái)之后，正負(fù)端相當(dāng)于短路，也就是電壓接近于相等，這是 虛短 ”）。記住這兩個(gè)屬性很重要，因?yàn)樗鼈儗椭覀兞私膺\(yùn)算放大器在運(yùn)算放大器電路的分析和設(shè)計(jì)方面的工作原理。

開(kāi)環(huán)頻率響應(yīng)

這個(gè)圖給了我們很多信息，首先在低頻時(shí)，開(kāi)環(huán)增益可以達(dá)到100db，（不知道db的意思自行查閱，這里其實(shí)對(duì)于輸出比輸入相當(dāng)于放大了10萬(wàn)倍），從上圖斜率恒定的這一段可以看出來(lái)增益與頻率的乘積在曲線(xiàn)上的任何點(diǎn)都是恒定的。這里就引入一個(gè)新的概念，叫增益帶寬積 GBP。

例如，根據(jù)上圖，放大器在 100kHz 時(shí)的增益為 20dB 或 10，則增益帶寬積計(jì)算為：

GBP = A x BW = 10 x 100,000Hz = 1,000,000。

再隨便找一個(gè)點(diǎn)：

GBP = A x BW = 1,000 x 1,000Hz = 1,000,000。

運(yùn)算放大器的電壓 增益 (AV) 可以使用以下公式找到：

Voltage Gain=Vout/Vin

以分貝為單位：

20log（Voltage Gain）得到的數(shù)值就是以dB為單位的增益。

運(yùn)算放大器帶寬

運(yùn)算放大器帶寬是放大器電壓增益高于其最大輸出值的 70.7% 或 -3dB （其中 0dB 為最大值）的頻率范圍，如下所示。

這里我們以 40dB 線(xiàn)為例。頻率響應(yīng)曲線(xiàn)的 -3dB 或 Vmax 下降點(diǎn)的 70.7% 給出為 37dB 。取一條線(xiàn)直到它與主要 GBP 曲線(xiàn)相交，這給我們提供了一個(gè)頻率點(diǎn)，正好在 10kHz 線(xiàn)上方，大約 12 到 15kHz。

實(shí)例1：

已知放大器的增益帶寬積GBP是1000000，又已知37db是帶寬對(duì)應(yīng)的增益，求該放大器的帶寬。

那么首先我們可以計(jì)算出37db對(duì)應(yīng)的增益為：37 = 20 log (A)，求得A=70.8

GBP÷A=帶寬，則有1000000÷70.8=14.124Khz.

那么得到該頻率就是該放大器的 帶寬 。