集成運放的(運算放大器的基本知識)
1.運算放大器的 基本知識
集成運算放大器 一：零點(diǎn)漂移 零點(diǎn)漂移可描述為：輸入電壓為零，輸出電壓偏離零值的變化。
它又被簡(jiǎn)稱(chēng)為：零漂 零點(diǎn)漂移是怎樣形成的： 運算放大器均是采用直接耦合的方式，我們知道直接耦合式放大電路的各級的Q點(diǎn)是相互影響的，由于各級的放大作用，第一級的微弱變化，會(huì )使輸出級產(chǎn)生很大的變化。當輸入短路時(shí)（由于一些原因使輸入級的Q點(diǎn)發(fā)生微弱變化 象：溫度），輸出將隨時(shí)間緩慢變化，這樣就形成了零點(diǎn)漂移。
產(chǎn)生零漂的原因是：晶體三極管的參數受溫度的影響。解決零漂最有效的措施是：采用差動(dòng)電路。
二：差動(dòng)放大電路 1、差動(dòng)放大電路的基本形式 如圖（1）所示 基本形式對電路的要求是：兩個(gè)電路的參數完全對稱(chēng)兩個(gè)管子的溫度特性也完全對稱(chēng)。 它的工作原理是：當輸入信號Ui=0時(shí)，則兩管的電流相等，兩管的集點(diǎn)極電位也相等，所以輸出電壓Uo=UC1-UC2=0。
溫度上升時(shí)，兩管電流均增加，則集電極電位均下降，由于它們處于同一溫度環(huán)境，因此兩管的電流和電壓變化量均相等，其輸出電壓仍然為零。 它的放大作用（輸入信號有兩種類(lèi)型） （1）共模信號及共模電壓的放大倍數 Auc 共模信號---在差動(dòng)放大管T1和T2的基極接入幅度相等、極性相同的信號。
如圖（2）所示 共模信號的作用，對兩管的作用是同向的，將引起兩管電流同量的增加，集電極電位也同量減小，因此兩管集電極輸出共模電壓Uoc為零。因此：。
于是差動(dòng)電路對稱(chēng)時(shí)，對共模信號的抑制能力強 （2）差模信號及差模電壓放大倍數 Aud 差模信號---在差動(dòng)放大管T1和T2的基極分別加入幅度相等而極性相反的信號。如圖（3）所示 差模信號的作用，由于信號的極性相反，因此T1管集電極電壓下降，T2管的集電極電壓上升，且二者的變化量的絕對值相等，因此： 此時(shí)的兩管基極的信號為： 所以：，由此我們可以看出差動(dòng)電路的差模電壓放大倍數等于單管電壓的放大倍數。
基本差動(dòng)電路存在如下問(wèn)題： 電路難于絕對對稱(chēng)，因此輸出仍然存在零漂；管子沒(méi)有采取消除零漂的措施，有時(shí)會(huì )使電路失去放大能力；它要對地輸出，此時(shí)的零漂與單管放大電路一樣。 為此我們要學(xué)習另一種差動(dòng)放大電路------長(cháng)尾式差動(dòng)放大電路 2：長(cháng)尾式差動(dòng)放大電路 它又被稱(chēng)為射極耦合差動(dòng)放大電路，如右圖所示：圖中的兩個(gè)管子通過(guò)射極電阻Re和Uee耦合。
下面我們來(lái)學(xué)習它的一些指標 （1）靜態(tài)工作點(diǎn) 靜態(tài)時(shí)，輸入短路，由于流過(guò)電阻Re的電流為IE1和IE2之和，且電路對稱(chēng)，IE1=IE2， 因此： （2）對共模信號的抑制作用 在這里我們只學(xué)習共模信號對長(cháng)尾電路中的Re的作用。由于是同向變化的，因此流過(guò)Re的共模信號電流是Ie1+Ie2=2Ie，對每一管來(lái)說(shuō)，可視為在射極接入電阻為2Re。
它的共模放大倍數為： （用第二章學(xué)的方法求得） 由此式我們可以看出Re的接入，使每管的共模放大倍數下降了很多（對零漂具有很強的抑制作用） （3）對差模信號的放大作用 差模信號引起兩管電流的反向變化（一管電流上升，一管電流下降），流過(guò)射極電阻Re的差模電流為Ie1-Ie2，由于電路對稱(chēng)，所以流過(guò)Re的差模電流為零，Re上的差模信號電壓也為零，因此射極視為地電位，此處“地”稱(chēng)為“虛地”。因此差模信號時(shí)，Re不產(chǎn)生影響。
由于Re對差模信號不產(chǎn)生影響，故雙端輸出的差模放大倍數仍為單管放大倍數： （4）共模抑制比（CMRR） 我們一般用共模抑制比來(lái)衡量差動(dòng)放大電路性能的優(yōu)劣。CMRR定義如下： 它的值越大，表明電路對共模信號的抑制能力越好。
有時(shí)還用對數的形式表示共模抑制比，即：，其中為差模增益。CMR的單位為：分貝 （dB） (5)一般輸入信號情況 如果差動(dòng)電路的輸入信號，即不是共模也不是差模信號時(shí)：我們要把輸入信號分解為一對共模信號和一對差模信號，它們共同作用在差動(dòng)電路的輸入端。
例1：如右圖所示電路，已知差模增益為48dB，共模抑制比為67dB,Ui1=5V,Ui2=5.01V， 試求輸出電壓Uo 解：∵=48dB，∴Aud≈-251， 又∵CMR=67dB ∴CMRR≈2239 ∴Auc=Aud/CMRR≈0.11 則輸出電壓為： 三：集成運放的組成 它由四部分組成： 1、偏置電路； 2、輸入級：為了抑制零漂，采用差動(dòng)放大電路 3、中間級：為了提高放大倍數，一般采用有源負載的共射放大電路。 4、輸出級：為了提高電路驅動(dòng)負載的能力，一般采用互補對稱(chēng)輸出級電路 四：集成運放的性能指標 1、開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數 Aod 它是指集成運放在無(wú)外加反饋回路的情況下的差模電壓的放大倍數。
2、最大輸出電壓 Uop-p 它是指一定電壓下，集成運放的最大不失真輸出電壓的峰--峰值。 3、差模輸入電阻rid 它的大小反映了集成運放輸入端向差模輸入信號源索取電流的大小。
要求它愈大愈好。 4、輸出電阻 rO 它的大小反映了集成運放在小信號輸出時(shí)的負載能力。
5、共模抑制比 CMRR 它放映了集成運放對共模輸入信號的抑制能力，其定義同差動(dòng)放大電路。CMRR越大越好。
五：低頻等效電路 在電路中集成運放作為一個(gè)完整的獨立的器件來(lái)對待。于是在分析、計算時(shí)我們用等效電路來(lái)代替集成運放。
由于集成運放主要用于頻率不高的場(chǎng)合，因此我們只學(xué)習低頻率時(shí)的等效電路。 。
2.集成運放的工作原理
集成運放的工作原理如下：集成運算放大器是一種具有高電壓放大倍數的直接耦合放大器，主要由輸入、中間、輸出三部分組成。
輸入部分是差動(dòng)放大電路，有同相和反相兩個(gè)輸入端；前者的電壓變化和輸出端的電壓變化方向一致，后者則相反。中間部分提供高電壓放大倍數，經(jīng)輸出部分傳到負載。
它的引出端子和功能如圖所示。其中調零端外接電位器，用來(lái)調節使輸入端對地電壓為零（或某一預定值）時(shí)，輸出端對地電壓也為零（或另一個(gè)預定值）。
補償端外接電容器或阻容電路，以防止工作時(shí)產(chǎn)生自激振蕩（有些集成運算放大器不需要調零或補償）。供電電源通常接成對地為正或對地為負的形式，而以地作為輸入、輸出和電源的公共端。
集成運算放大器（Integrated Operational Amplifier）簡(jiǎn)稱(chēng)集成運放，是由多級直接耦合放大電路組成的高增益模擬集成電路。
3.集成運算放大器計算
記住了，對于負反饋運放電路，遵循“虛斷”和“虛短”兩個(gè)規則；
因為虛斷，所以按節點(diǎn)電壓法有：
Vn*(1/R1+1/R2+1/Rf) - Ui1/R1 - Ui2/R2 = Uo/Rf;
因為虛短，即：Vn = Vp（虛短）；而 Vp = Ui3;
所以有： （Ui1-Vn）/R1 + (Ui2-Vn)/R2 = (Vn-Uo)/Rf;
Uo = Rf*[ Ui3*(1/R1+1/R2+1/Rf) - Ui1/R1 - Ui2/R2 ];
同理；
Vp = Ui2*R2/(R1+R2);
Vn*(1/R1+1/R2) - Ui1/R1 = Uo/R2;
好了，自己去代入具體參數計算吧
4.集成運算放大器基本應用
基本應用
1、差動(dòng)輸入級 使運放具有盡可能高的輸入電阻及共模抑制比。
2、中間放大級 由多級直接耦合放大器組成，以獲得足夠高的電壓增益。
3、輸出級 可使運放具有一定幅度的輸出電壓、輸出電流和盡可能小的輸出電阻。在輸出過(guò)載時(shí)有自動(dòng)保護作用以免損壞集成塊。輸出級一般為互補對稱(chēng)推挽電路。 4、偏置電路 為各級電路提供合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。為使工作點(diǎn)穩定，一般采用恒流源偏置電路。
需要注意的問(wèn)題（也有誤差產(chǎn)生的原因）：
1） 輸入信號選用交、直流量均可， 但在選取信號的頻率和幅度時(shí)，應考慮運放的頻響特性和輸出幅度的限制。
2） 調零。為提高運算精度，在運算前， 應首先對直流輸出電位進(jìn)行調零，即保證輸入為零時(shí)，輸出也為零。當運放有外接調零端子時(shí)，可按組件要求接入調零電位器RW，調零時(shí)，將輸入端接地，調零端接入電位器RW，用直流電壓表測量輸出電壓U0，細心調節RW，使U0為零（即失調電壓為零）。如運放沒(méi)有調零端子，若要調零，可按圖7-7所示電路進(jìn)行調零。
一個(gè)運放如不能調零，大致有如下原因：① 組件正常，接線(xiàn)有錯誤。② 組件正常，但負反饋不夠強（RF/R1 太大），為此可將RF短路，觀(guān)察是否能調零。③ 組件正常，但由于它所允許的共模輸入電壓太低，可能出現自鎖現象，因而不能調零。為此可將電源斷開(kāi)后，再重新接通，如能恢復正常，則屬于這種情況。④組件正常，但電路有自激現象，應進(jìn)行消振。⑤組件內部損壞，應更換好的集成塊。
3） 消振。一個(gè)集成運放自激時(shí)，表現為即使輸入信號為零， 亦會(huì )有輸出，使各種運算功能無(wú)法實(shí)現，嚴重時(shí)還會(huì )損壞器件。在實(shí)驗中，可用示波器監視輸出波形。為消除運放的自激，常采用如下措施
①若運放有相位補償端子，可利用外接RC補償電路，產(chǎn)品手冊中有補償電路及元件參數提供。②電路布線(xiàn)、元、器件布局應盡量減少分布電容。③在正、負電源進(jìn)線(xiàn)與地之間接上幾十μF的電解電容和0.01~0.1μF 的陶瓷電容相并聯(lián)以減小電源引線(xiàn)的影響。
具體誤差原因請參考論文：
5.集成電路基礎學(xué)習
學(xué)習集成電路應用知識比學(xué)習分立元件組成的電路簡(jiǎn)單的多，你只要掌握二極管、三極管的基本性質(zhì)、三極管基本放大電路的特性、負反饋的概念，就可以開(kāi)始學(xué)習模擬集成電路的基本知識，主要是運放的基本性質(zhì)與電路；掌握2進(jìn)制、16進(jìn)制、與、或、非等基本的邏輯概念與運算法則，你就踏入數字集成電路的大門(mén)了。
初學(xué)者學(xué)習電子電路最重要的是不要糾纏在弄懂原理上，記住基本電路和器件的特性才是應用的關(guān)鍵，隨著(zhù)知識的積累會(huì )有豁然開(kāi)朗的一天。要創(chuàng )造條件動(dòng)手搭建電路，只有動(dòng)手實(shí)驗，才能事半功倍地掌握知識，我始終強調一點(diǎn)：工科是實(shí)踐的學(xué)科，紙上談兵無(wú)用。
6.集成運算放大器構成基本運算電路的方法
運算放大器（簡(jiǎn)稱(chēng)“運放”）的作用是調節和放大模擬信號。
常見(jiàn)的應用包括數字示波器和自動(dòng)測試裝置、視頻和圖像計算機板卡、醫療儀器、電視廣播設備、航行器用顯示器和航空運輸控制系統、汽車(chē)傳感器、計算機工作站和無(wú)線(xiàn)基站。 理想的運放 理想的運放如圖1所示。
通過(guò)電阻元件（或者更普遍地通過(guò)阻抗元件）施加的負反饋可以產(chǎn)生兩種經(jīng)典的閉環(huán)運放配置中的任何一種：反相放大器（圖2）和非反相放大器（圖3）。這些配置中的閉環(huán)增益的經(jīng)典等式顯示，放大器的增益基本上只取決于反饋元件。
另外，負反饋還可以提供穩定、無(wú)失真的輸出電壓。 電壓反饋（VFB）運放 電壓反饋運放與前文介紹的理想運放一樣，它們的輸出電壓是兩個(gè)輸入端之間電壓差的函數。
為設計用途，電壓反饋運放的數據表定義5種不同的增益：開(kāi)環(huán)增益（AVOL）、閉環(huán)增益、信號增益、噪聲增益和環(huán)路增益。 負反饋可以改變AVOL的大小。
對高精度放大器來(lái)說(shuō)，無(wú)反饋運放的AVOL值非常大，約為160dB或更高（電壓增益為10,000或更高）。圖1：理想的運放。
AVOL的范圍很大，在數據表中它通常以最小/最大值給出。AVOL還隨著(zhù)電壓電平、負載和溫度的變化而變化，但這些影響都很小，通常可以忽略不計。
當運放的反饋環(huán)路閉合時(shí)，它可以提供小于A(yíng)VOL的閉環(huán)增益。閉環(huán)增益有信號增益和噪聲增益兩種形式。
運算放大器（簡(jiǎn)稱(chēng)“運放”）的作用是調節和放大模擬信號。常見(jiàn)的應用包括數字示波器和自動(dòng)測試裝置、視頻和圖像計算機板卡、醫療儀器、電視廣播設備、航行器用顯示器和航空運輸控制系統、汽車(chē)傳感器、計算機工作站和無(wú)線(xiàn)基站。
理想的運放 理想的運放如圖1所示。通過(guò)電阻元件（或者更普遍地通過(guò)阻抗元件）施加的負反饋可以產(chǎn)生兩種經(jīng)典的閉環(huán)運放配置中的任何一種：反相放大器（圖2）和非反相放大器（圖3）。
這些配置中的閉環(huán)增益的經(jīng)典等式顯示，放大器的增益基本上只取決于反饋元件。另外，負反饋還可以提供穩定、無(wú)失真的輸出電壓。
電壓反饋（VFB）運放 電壓反饋運放與前文介紹的理想運放一樣，它們的輸出電壓是兩個(gè)輸入端之間電壓差的函數。為設計用途，電壓反饋運放的數據表定義5種不同的增益：開(kāi)環(huán)增益（AVOL）、閉環(huán)增益、信號增益、噪聲增益和環(huán)路增益。
負反饋可以改變AVOL的大小。對高精度放大器來(lái)說(shuō)，無(wú)反饋運放的AVOL值非常大，約為160dB或更高（電壓增益為10,000或更高）。
圖1：理想的運放。 AVOL的范圍很大，在數據表中它通常以最小/最大值給出。
AVOL還隨著(zhù)電壓電平、負載和溫度的變化而變化，但這些影響都很小，通常可以忽略不計。 當運放的反饋環(huán)路閉合時(shí)，它可以提供小于A(yíng)VOL的閉環(huán)增益。
閉環(huán)增益有信號增益和噪聲增益兩種形式。 信號增益（A）指輸入信號通過(guò)放大器產(chǎn)生的增益，它是電路設計中頭等重要的增益。
下面給出了電壓反饋電路中信號增益的兩個(gè)最常見(jiàn)的表達式，它們被廣泛用在于反相和同相運放配置中。 圖2：反相放大器（a）和非反相放大器（b）是兩種經(jīng)典的閉環(huán)運放配置。
對于反相放大器，A = -Rfb/Rin 對于同相放大器，A = 1 + Rfb/Rin 其中，Rfb是反饋電阻，Rin是輸入電阻。 噪聲增益指運放中的噪聲源增益，它反映了放大器的輸入失調電壓和電壓噪聲對輸出的影響。
噪聲增益的等式與上述同相放大器的信號增益等式相同。噪聲增益非常重要，因為它被用來(lái)確定電路穩定性。
另外，噪聲增益還是在波特圖中使用的閉環(huán)增益，波特圖可以向電路設計工程師提供放大器的最大帶寬和穩定性信息。環(huán)路增益等于開(kāi)環(huán)增益與閉環(huán)增益之差，或者等于輸入信號通過(guò)放大器并由反饋網(wǎng)絡(luò )返回至輸入端的總增益。
圖3:(a)波特圖上的開(kāi)環(huán)增益和噪聲增益曲線(xiàn)；（b）電流反饋運放的頻率響應。 電壓反饋運放的增益帶寬積 理想運放的增益和帶寬都是無(wú)限大的。
最常見(jiàn)的真實(shí)運放采用電壓反饋，這種運放的增益和頻率在被稱(chēng)為“增益帶寬積（GBW）”的特性中是有關(guān)系的。電壓反饋運放中的這種關(guān)系允許電路設計工程師通過(guò)控制反饋電阻（或者阻抗），在帶寬和增益之間進(jìn)行折衷。
對數響應曲線(xiàn)（波特圖）給出 了電壓反饋運放的增益隨頻率的變化關(guān)系，并有助于解釋GBW。從直流到由反饋環(huán)路的主極點(diǎn)決定的頻率之間，增益是恒定不變的。
在該頻率之上，增益以6dB/8倍程或20dB/10倍程的速率衰減。這稱(chēng)為單極或者一階響應。
6dB/8倍程的衰減速率意味著(zhù)如果頻率升高一倍，增益就會(huì )減半。電壓反饋運放的這種特性使電路設計工程師可在帶寬和增益之間進(jìn)行折衷。
在一個(gè)波特圖中畫(huà)出運放的開(kāi)環(huán)增益和噪聲增益曲線(xiàn)，兩者的交叉點(diǎn)決定了最大帶寬或放大器的閉環(huán)頻率（fCL）（圖4）。這兩條曲線(xiàn)的交叉點(diǎn)在波特圖增益軸（縱軸）上處于比最大增益小3dB的位置上。
事實(shí)上，噪聲增益漸近地逼近開(kāi)環(huán)增益。漸近響應和真實(shí)響應在fCL上下各一個(gè)倍程上之差將為1dB。
圖4:(a)運放的輸入失調電壓；（b）運放的輸入偏置電流。 電流反饋（CFB）運放 在電流反饋運放中，開(kāi)環(huán)響應是輸出電壓對輸入電流的響應。
因此，與電壓反饋運放不同，電流反饋運放輸入和輸出之間。
