集成运放的(运算放大器的基本知识)
1.运算放大器的 基本知识
集成运算放大器 一：零点漂移 零点漂移可描述为：输入电压为零，输出电压偏离零值的变化。
它又被简称为：零漂 零点漂移是怎样形成的： 运算放大器均是采用直接耦合的方式，我们知道直接耦合式放大电路的各级的Q点是相互影响的，由于各级的放大作用，第一级的微弱变化，会使输出级产生很大的变化。当输入短路时（由于一些原因使输入级的Q点发生微弱变化 象：温度），输出将随时间缓慢变化，这样就形成了零点漂移。
产生零漂的原因是：晶体三极管的参数受温度的影响。解决零漂最有效的措施是：采用差动电路。
二：差动放大电路 1、差动放大电路的基本形式 如图（1）所示 基本形式对电路的要求是：两个电路的参数完全对称两个管子的温度特性也完全对称。 它的工作原理是：当输入信号Ui=0时，则两管的电流相等，两管的集点极电位也相等，所以输出电压Uo=UC1-UC2=0。
温度上升时，两管电流均增加，则集电极电位均下降，由于它们处于同一温度环境，因此两管的电流和电压变化量均相等，其输出电压仍然为零。 它的放大作用（输入信号有两种类型） （1）共模信号及共模电压的放大倍数 Auc 共模信号---在差动放大管T1和T2的基极接入幅度相等、极性相同的信号。
如图（2）所示 共模信号的作用，对两管的作用是同向的，将引起两管电流同量的增加，集电极电位也同量减小，因此两管集电极输出共模电压Uoc为零。因此：。
于是差动电路对称时，对共模信号的抑制能力强 （2）差模信号及差模电压放大倍数 Aud 差模信号---在差动放大管T1和T2的基极分别加入幅度相等而极性相反的信号。如图（3）所示 差模信号的作用，由于信号的极性相反，因此T1管集电极电压下降，T2管的集电极电压上升，且二者的变化量的绝对值相等，因此： 此时的两管基极的信号为： 所以：，由此我们可以看出差动电路的差模电压放大倍数等于单管电压的放大倍数。
基本差动电路存在如下问题： 电路难于绝对对称，因此输出仍然存在零漂；管子没有采取消除零漂的措施，有时会使电路失去放大能力；它要对地输出，此时的零漂与单管放大电路一样。 为此我们要学习另一种差动放大电路------长尾式差动放大电路 2：长尾式差动放大电路 它又被称为射极耦合差动放大电路，如右图所示：图中的两个管子通过射极电阻Re和Uee耦合。
下面我们来学习它的一些指标 （1）静态工作点 静态时，输入短路，由于流过电阻Re的电流为IE1和IE2之和，且电路对称，IE1=IE2， 因此： （2）对共模信号的抑制作用 在这里我们只学习共模信号对长尾电路中的Re的作用。由于是同向变化的，因此流过Re的共模信号电流是Ie1+Ie2=2Ie，对每一管来说，可视为在射极接入电阻为2Re。
它的共模放大倍数为： （用第二章学的方法求得） 由此式我们可以看出Re的接入，使每管的共模放大倍数下降了很多（对零漂具有很强的抑制作用） （3）对差模信号的放大作用 差模信号引起两管电流的反向变化（一管电流上升，一管电流下降），流过射极电阻Re的差模电流为Ie1-Ie2，由于电路对称，所以流过Re的差模电流为零，Re上的差模信号电压也为零，因此射极视为地电位，此处“地”称为“虚地”。因此差模信号时，Re不产生影响。
由于Re对差模信号不产生影响，故双端输出的差模放大倍数仍为单管放大倍数： （4）共模抑制比（CMRR） 我们一般用共模抑制比来衡量差动放大电路性能的优劣。CMRR定义如下： 它的值越大，表明电路对共模信号的抑制能力越好。
有时还用对数的形式表示共模抑制比，即：，其中为差模增益。CMR的单位为：分贝 （dB） (5)一般输入信号情况 如果差动电路的输入信号，即不是共模也不是差模信号时：我们要把输入信号分解为一对共模信号和一对差模信号，它们共同作用在差动电路的输入端。
例1：如右图所示电路，已知差模增益为48dB，共模抑制比为67dB,Ui1=5V,Ui2=5.01V， 试求输出电压Uo 解：∵=48dB，∴Aud≈-251， 又∵CMR=67dB ∴CMRR≈2239 ∴Auc=Aud/CMRR≈0.11 则输出电压为： 三：集成运放的组成 它由四部分组成： 1、偏置电路； 2、输入级：为了抑制零漂，采用差动放大电路 3、中间级：为了提高放大倍数，一般采用有源负载的共射放大电路。 4、输出级：为了提高电路驱动负载的能力，一般采用互补对称输出级电路 四：集成运放的性能指标 1、开环差模电压放大倍数 Aod 它是指集成运放在无外加反馈回路的情况下的差模电压的放大倍数。
2、最大输出电压 Uop-p 它是指一定电压下，集成运放的最大不失真输出电压的峰--峰值。 3、差模输入电阻rid 它的大小反映了集成运放输入端向差模输入信号源索取电流的大小。
要求它愈大愈好。 4、输出电阻 rO 它的大小反映了集成运放在小信号输出时的负载能力。
5、共模抑制比 CMRR 它放映了集成运放对共模输入信号的抑制能力，其定义同差动放大电路。CMRR越大越好。
五：低频等效电路 在电路中集成运放作为一个完整的独立的器件来对待。于是在分析、计算时我们用等效电路来代替集成运放。
由于集成运放主要用于频率不高的场合，因此我们只学习低频率时的等效电路。 。
2.集成运放的工作原理
集成运放的工作原理如下：集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合放大器，主要由输入、中间、输出三部分组成。
输入部分是差动放大电路，有同相和反相两个输入端；前者的电压变化和输出端的电压变化方向一致，后者则相反。中间部分提供高电压放大倍数，经输出部分传到负载。
它的引出端子和功能如图所示。其中调零端外接电位器，用来调节使输入端对地电压为零（或某一预定值）时，输出端对地电压也为零（或另一个预定值）。
补偿端外接电容器或阻容电路，以防止工作时产生自激振荡（有些集成运算放大器不需要调零或补偿）。供电电源通常接成对地为正或对地为负的形式，而以地作为输入、输出和电源的公共端。
集成运算放大器（Integrated Operational Amplifier）简称集成运放，是由多级直接耦合放大电路组成的高增益模拟集成电路。
3.集成运算放大器计算
记住了，对于负反馈运放电路，遵循“虚断”和“虚短”两个规则；
因为虚断，所以按节点电压法有：
Vn*(1/R1+1/R2+1/Rf) - Ui1/R1 - Ui2/R2 = Uo/Rf;
因为虚短，即：Vn = Vp（虚短）；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，自己去代入具体参数计算吧
4.集成运算放大器基本应用
基本应用
1、差动输入级 使运放具有尽可能高的输入电阻及共模抑制比。
2、中间放大级 由多级直接耦合放大器组成，以获得足够高的电压增益。
3、输出级 可使运放具有一定幅度的输出电压、输出电流和尽可能小的输出电阻。在输出过载时有自动保护作用以免损坏集成块。输出级一般为互补对称推挽电路。 4、偏置电路 为各级电路提供合适的静态工作点。为使工作点稳定，一般采用恒流源偏置电路。
需要注意的问题（也有误差产生的原因）：
1） 输入信号选用交、直流量均可， 但在选取信号的频率和幅度时，应考虑运放的频响特性和输出幅度的限制。
2） 调零。为提高运算精度，在运算前， 应首先对直流输出电位进行调零，即保证输入为零时，输出也为零。当运放有外接调零端子时，可按组件要求接入调零电位器RW，调零时，将输入端接地，调零端接入电位器RW，用直流电压表测量输出电压U0，细心调节RW，使U0为零（即失调电压为零）。如运放没有调零端子，若要调零，可按图7-7所示电路进行调零。
一个运放如不能调零，大致有如下原因：① 组件正常，接线有错误。② 组件正常，但负反馈不够强（RF/R1 太大），为此可将RF短路，观察是否能调零。③ 组件正常，但由于它所允许的共模输入电压太低，可能出现自锁现象，因而不能调零。为此可将电源断开后，再重新接通，如能恢复正常，则属于这种情况。④组件正常，但电路有自激现象，应进行消振。⑤组件内部损坏，应更换好的集成块。
3） 消振。一个集成运放自激时，表现为即使输入信号为零， 亦会有输出，使各种运算功能无法实现，严重时还会损坏器件。在实验中，可用示波器监视输出波形。为消除运放的自激，常采用如下措施
①若运放有相位补偿端子，可利用外接RC补偿电路，产品手册中有补偿电路及元件参数提供。②电路布线、元、器件布局应尽量减少分布电容。③在正、负电源进线与地之间接上几十μF的电解电容和0.01~0.1μF 的陶瓷电容相并联以减小电源引线的影响。
具体误差原因请参考论文：
5.集成电路基础学习
学习集成电路应用知识比学习分立元件组成的电路简单的多，你只要掌握二极管、三极管的基本性质、三极管基本放大电路的特性、负反馈的概念，就可以开始学习模拟集成电路的基本知识，主要是运放的基本性质与电路；掌握2进制、16进制、与、或、非等基本的逻辑概念与运算法则，你就踏入数字集成电路的大门了。
初学者学习电子电路最重要的是不要纠缠在弄懂原理上，记住基本电路和器件的特性才是应用的关键，随着知识的积累会有豁然开朗的一天。要创造条件动手搭建电路，只有动手实验，才能事半功倍地掌握知识，我始终强调一点：工科是实践的学科，纸上谈兵无用。
6.集成运算放大器构成基本运算电路的方法
运算放大器（简称“运放”）的作用是调节和放大模拟信号。
常见的应用包括数字示波器和自动测试装置、视频和图像计算机板卡、医疗仪器、电视广播设备、航行器用显示器和航空运输控制系统、汽车传感器、计算机工作站和无线基站。 理想的运放 理想的运放如图1所示。
通过电阻元件（或者更普遍地通过阻抗元件）施加的负反馈可以产生两种经典的闭环运放配置中的任何一种：反相放大器（图2）和非反相放大器（图3）。这些配置中的闭环增益的经典等式显示，放大器的增益基本上只取决于反馈元件。
另外，负反馈还可以提供稳定、无失真的输出电压。 电压反馈（VFB）运放 电压反馈运放与前文介绍的理想运放一样，它们的输出电压是两个输入端之间电压差的函数。
为设计用途，电压反馈运放的数据表定义5种不同的增益：开环增益（AVOL）、闭环增益、信号增益、噪声增益和环路增益。 负反馈可以改变AVOL的大小。
对高精度放大器来说，无反馈运放的AVOL值非常大，约为160dB或更高（电压增益为10,000或更高）。图1：理想的运放。
AVOL的范围很大，在数据表中它通常以最小/最大值给出。AVOL还随着电压电平、负载和温度的变化而变化，但这些影响都很小，通常可以忽略不计。
当运放的反馈环路闭合时，它可以提供小于AVOL的闭环增益。闭环增益有信号增益和噪声增益两种形式。
运算放大器（简称“运放”）的作用是调节和放大模拟信号。常见的应用包括数字示波器和自动测试装置、视频和图像计算机板卡、医疗仪器、电视广播设备、航行器用显示器和航空运输控制系统、汽车传感器、计算机工作站和无线基站。
理想的运放 理想的运放如图1所示。通过电阻元件（或者更普遍地通过阻抗元件）施加的负反馈可以产生两种经典的闭环运放配置中的任何一种：反相放大器（图2）和非反相放大器（图3）。
这些配置中的闭环增益的经典等式显示，放大器的增益基本上只取决于反馈元件。另外，负反馈还可以提供稳定、无失真的输出电压。
电压反馈（VFB）运放 电压反馈运放与前文介绍的理想运放一样，它们的输出电压是两个输入端之间电压差的函数。为设计用途，电压反馈运放的数据表定义5种不同的增益：开环增益（AVOL）、闭环增益、信号增益、噪声增益和环路增益。
负反馈可以改变AVOL的大小。对高精度放大器来说，无反馈运放的AVOL值非常大，约为160dB或更高（电压增益为10,000或更高）。
图1：理想的运放。 AVOL的范围很大，在数据表中它通常以最小/最大值给出。
AVOL还随着电压电平、负载和温度的变化而变化，但这些影响都很小，通常可以忽略不计。 当运放的反馈环路闭合时，它可以提供小于AVOL的闭环增益。
闭环增益有信号增益和噪声增益两种形式。 信号增益（A）指输入信号通过放大器产生的增益，它是电路设计中头等重要的增益。
下面给出了电压反馈电路中信号增益的两个最常见的表达式，它们被广泛用在于反相和同相运放配置中。 图2：反相放大器（a）和非反相放大器（b）是两种经典的闭环运放配置。
对于反相放大器，A = -Rfb/Rin 对于同相放大器，A = 1 + Rfb/Rin 其中，Rfb是反馈电阻，Rin是输入电阻。 噪声增益指运放中的噪声源增益，它反映了放大器的输入失调电压和电压噪声对输出的影响。
噪声增益的等式与上述同相放大器的信号增益等式相同。噪声增益非常重要，因为它被用来确定电路稳定性。
另外，噪声增益还是在波特图中使用的闭环增益，波特图可以向电路设计工程师提供放大器的最大带宽和稳定性信息。环路增益等于开环增益与闭环增益之差，或者等于输入信号通过放大器并由反馈网络返回至输入端的总增益。
图3:(a)波特图上的开环增益和噪声增益曲线；（b）电流反馈运放的频率响应。 电压反馈运放的增益带宽积 理想运放的增益和带宽都是无限大的。
最常见的真实运放采用电压反馈，这种运放的增益和频率在被称为“增益带宽积（GBW）”的特性中是有关系的。电压反馈运放中的这种关系允许电路设计工程师通过控制反馈电阻（或者阻抗），在带宽和增益之间进行折衷。
对数响应曲线（波特图）给出 了电压反馈运放的增益随频率的变化关系，并有助于解释GBW。从直流到由反馈环路的主极点决定的频率之间，增益是恒定不变的。
在该频率之上，增益以6dB/8倍程或20dB/10倍程的速率衰减。这称为单极或者一阶响应。
6dB/8倍程的衰减速率意味着如果频率升高一倍，增益就会减半。电压反馈运放的这种特性使电路设计工程师可在带宽和增益之间进行折衷。
在一个波特图中画出运放的开环增益和噪声增益曲线，两者的交叉点决定了最大带宽或放大器的闭环频率（fCL）（图4）。这两条曲线的交叉点在波特图增益轴（纵轴）上处于比最大增益小3dB的位置上。
事实上，噪声增益渐近地逼近开环增益。渐近响应和真实响应在fCL上下各一个倍程上之差将为1dB。
图4:(a)运放的输入失调电压；（b）运放的输入偏置电流。 电流反馈（CFB）运放 在电流反馈运放中，开环响应是输出电压对输入电流的响应。
因此，与电压反馈运放不同，电流反馈运放输入和输出之间。
