运放的基础知识

运算放大器（Operational Amplifier，简称运放）是一种直流耦合、差模（差动模式）输入的高增益电压放大器，通常具有单端输出。它能产生一个相对于输入端电势差大数十万倍的输出电势（对地而言）。由于其最初主要用于加法、减法等模拟运算电路中，因此得名运算放大器。

运算放大器的差分输入包含正相输入电压与反相输入电压。理想的运算放大器仅放大这两个电压之差，这被称为差模输入电压。运算放大器具有两个输入端和一个输出端，如图，其中标有“+”号的输入端为“同相输入端”而不能叫做正端，另一只标有“一”号的输入端为“反相输入端”同样也不能叫做负端。

如果先后分别从这两个输入端输入同样的信号，则在输出端会得到电压相同但极性相反的输出信号：输出端输出的信号与同相输人端的信号同相，而与反相输入端的信号反相。运算放大器的输出电压可由以下公式表示：

Vout = (V+ - V-) * Ado

其中，V+ 代表正相输入电压，V- 代表反相输入电压，而 Ado 是运算放大器的差分放大倍数。
 

一个理想的运算放大器通常应具备以下特性：

1. 无限大的开环增益（Ado=+∞）：在理想状态下，运算放大器在开环时的输入端差动信号具有无限大的电压增益。这一特性使得运算放大器在实际应用中非常适合采用负反馈组态。

2. 无限大的输入阻抗（Zin/Rin=∞）：理想运算放大器的输入端不允许有任何电流流入，即V+与V-两端点的电流信号恒为零，这意味着输入阻抗是无限大的。

3. 零输入失调电压。

4. 无限大的带宽（BW=∞）且零相移与无穷大的摆率：理想的运算放大器对于任何频率的输入信号都能以相同的差动增益进行放大，不会因信号频率的改变而发生变化。

5. 零输出阻抗（Zout/Rout=0）：理想运算放大器的输出端是一个完美的电压源，无论流至放大器负载的电流如何变化，放大器的输出电压都保持恒定，即输出阻抗为零。

6. 零噪声。

7. 无限大的共模抑制比（CMRR=∞）：理想运算放大器仅对V+与V-两端点电压的差值有反应，即仅放大（V+-V-）的部分。对于两输入信号的相同部分（即共模信号）将完全忽略不计。

8. 无限大的电源电压抑制比。电路中符号如下：
 

然而，这些理想化特性在现实中是不可能完全实现的。为了模拟真正的运算放大器的非无限或非零参数，运算放大器模型中通常会使用等效电阻和电容。这样，设计者就可以将这些影响纳入最终电路的整体性能考虑中。尽管一些参数对最终设计的影响可能相对较小，但那些实际制约最终性能的参数必须进行计算。
 

运算放大器按参数可分为如下几类：

通用型运算放大器：主要特点是价格低廉、产品量大面广,其性能指标能适合于一般性使用。

低温漂型运算放大器：在精密仪器、弱信号检测等自动控制仪表中,总是希望运算放大器的失调电压要小且不随温度的变化而变化。

高阻型运算放大器：特点是差模输入阻抗非常高,输入偏置电流非常小,一般rid＞1GΩ~1TΩ,IB为几皮安到几十皮安。

高速型运算放大器：主要特点是具有高的转换速率和宽的频率响应。

低功耗型运算放大器：由于电子电路集成化的最大优点是能使复杂电路小型轻便,所以随着便携式仪器应用范围的扩大,必须使用低电源电压供电、低功率消耗的运算放大器相适用。

高压大功率型运算放大器：运算放大器的输出电压主要受供电电源的限制。

可编程控制运算放大器：在仪器仪表得使用过程中都会涉及到量程得问题.为了得到固定电压得输出,就必须改变运算放大器得放大倍数。
 

虚短和虚断的概念

由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80dB以上。而运放的输出电压是有限的，一般在10V～14V。因此运放的差模输入电压不足1mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。

“虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。

由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1uA，远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。

运算放大器厂商有：ADI、TI、Microchip、ST、圣邦微、Infineon、润石等

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