运算放大器基础知识_运放的输出特性

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前言

电路设计时候总是需要运算放大器，但是我一直不知道运算放大器的选型参数，还有运算放大器的原理。
比如：选算放大器的带宽有什么作用？为什么要特意标注出运放的带宽？
我们都知道晶体管可以制作放大电路，利用电流控制的三级管、又或是基于电压控制的场效应管。在利用晶体管制做放大电路时，我们需要根据不同的放大倍数改变电路中电阻及电容大小，这是非常不方便的，所以我们引入了反馈的概念，得出运算放大器。
可得Y=AX/(FA+1),因为A是通用放大器的增益，为无限大，所以可化简为Y=X/F，通过调节反馈系数F来调节系统增益，实现不同的运算，所以称为运算放大器。
反馈系数F的调节相对于调节晶体管的外围电路需要考虑的因素要少很多，基本只需要考虑电阻阻值大小，这是非常方便的！

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一、运放内部电路原理？

运放本质上就是一堆晶体管组成的集成电路，会被封装成芯片模样，常见的有8脚或者14脚。
我们以LF411芯片为例子，看一下其内部的电路结构：

对该芯片内部详细结构进行简化后得下图所示的简化结构图：
1.首先是I1、J1、J2和Q3组成差分输入级，J1和J2使得电路具有高输入阻抗，恒流源I1提供静态偏置电流，是恒流源偏置电路，具有高共模抑制比的效果。Q3为恒流源负载，提高核心放大器J2的电压增益。

2.中间级放大：I2和Q5，是一个共射级放大电路，I2为恒流源负载，提高核心放大器Q5电压增益。

3.D2、D3、Q8和Q9组成克服交越失真的互补推挽输出级

多数运放内部的结构框图如下：

运放简化原理图：

当V+>V-，则输出端电压接近于Vs+，反之Vout接近于Vs-。
下面是LM741运放内部结构：

二、运放的参数和特性

1.输入输出特性曲线

下图为理想运放的输入输出特性曲线：

运放处于深度负反馈状态，运放工作在线性区域，有“虚短”和“虚断”现象， 运放加入正反馈，则工作在非线性工作区域，

2.主要参数

开环电压增益：一般很大，10万倍甚至100万倍

输入失调电压：一般很小，AD8065的输入失调电压为1.5mV
输入偏置电流：MOSFET的运放输入偏置电流一般低于nA，如AD8065的输入偏置电流为1pA
输入失调电压温度漂移：
输入失调电流的温度漂移：

共模抑制比：AD8065:-100dB

压摆率：100v/uS
建立时间：

单位增益带宽（增益为0时候对应的信号的工作频段）：
-3dB增益带宽：145MHz

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三、运放常用应用

1.加法器

运发的“虚短”和“虚断”只出现在其线性工作区域，也就是引入负反馈。基于此可以制造各种运算电路。

2.减法器

上图就是一个加法器，下图是减法器：

Vo=V1-V2

3.读书电路和指数电路

对数电路：

指数电路：

4.乘法器和除法器

基于以上电路就可以得到乘法器和除法器：

5.乘方和开平方根电路

乘方电路：

开平方根电路：

6.积分电路

7.微分电路

8.PID电路