非常好的运算放大器基础

非常好的运算放大器基础

作者：嵌入式玩耍者

1.一般反相/同相放大电路中都会有一个平衡电阻，这个平衡电阻的作用是什么呢？(1) 为芯片内部的晶体管提供一个合适的静态偏置。

芯片内部的电路通常都是直接耦合的，它能够自动调节静态工作点，但是，如果某个输入引脚被直接接到了电源或者地，它的自动调节功能就不正常了，因为芯片内部的晶体管无法抬高地

线的电压，也无法拉低电源的电压，这就导致芯片不能满足虚短、虚断的条件，电路需要另外分

析。

(2)消除静态基极电流对输出电压的影响，大小应与两输入端外界直流通路的等效电阻值平衡，

这也是其得名的原因。

2.同相比例运算放大器，在反馈电阻上并一个电容的作用是什么？？

(1)反馈电阻并电容形成一个高通滤波器, 局部高频率放大特别厉害。

(2)防止自激。

3.运算放大器同相放大电路如果不接平衡电阻有什么后果?

(1)烧毁运算放大器，有可能损坏运放,电阻能起到分压的作用。

4.在运算放大器输入端上拉电容，下拉电阻能起到什么作用？？

(1)是为了获得正反馈和负反馈的问题，这要看具体连接。比如我把现在输入电压信号，输出电

压信号，再在输出端取出一根线连到输入段，那么由于上面的那个电阻，部分输出信号通过该电

阻后获得一个电压值，对输入的电压进行分流，使得输入电压变小，这就是一个负反馈。因为信

号源输出的信号总是不变的，通过负反馈可以对输出的信号进行矫正。

5.运算放大器接成积分器，在积分电容的两端并联电阻RF 的作用是什么？

(1) 泄放电阻，用于防止输出电压失控。

6.为什么一般都在运算放大器输入端串联电阻和电容？

(1)如果你熟悉运算放大器的内部电路的话，你会知道，不论什么运算放大器都是由几个几个晶

体管或是MOS 管组成。在没有外接元件的情况下，运算放大器就是个比较器，同相端电压高的时

候，会输出近似于正电压的电平，反之也一样……但这样运放似乎没有什么太大的用处，只有在

外接电路的时候，构成反馈形式，才会使运放有放大，翻转等功能……

7.运算放大器同相放大电路如果平衡电阻不对有什么后果?

(1)同相反相端不平衡，输入为0 时也会有输出，输入信号时输出值总比理论输出值大（或小）

一个固定的数。

(2)输入偏置电流引起的误差不能被消除。

8.理想集成运算放大器的放大倍数是多少输入阻抗是多少其同相输入端和反相输入端之间

的电

压是多少？

(1) 放大倍数是无穷大，输入阻抗是无穷小，同向输入和反向输入之间电压几乎相同（不是0

哦！！！比如同向端为10V，反向端为9.999999V），刚考完电工，还记得！

9.请问，为什么理想运算放大器的开环增益为无限大？

(1)实际的运放开环增益达到10 万以上，非常非常大所以把实际运算放大器理的开环增益想化为

无穷大，并由此导出虚地。

(2)导出虚地只是针对反相放大器而言吧。

我在书上看见：运算放大器的开环增益无穷大，可以使得我们在设计电路的时候，闭环增益可以不受开环增益的限制，而仅仅取决于外部元件。就是牺牲大的开环增益换取闭环增益的稳

定性。

(3)导出虚地是针对运放在负反馈接法时不仅仅是反相放大器；正反馈时没有虚地。

(4)很好理解假设增益很小, 则,对于一个输出电压,加在运放两端的电压的差值相对较大,如果

接成负反馈状态,就会带来运放两端的电压的不一致,从而引起放大的误差。

(5)运放―虚短‖的实现有两个条件：

1 ) 运放的开环增益A 要足够大；

2 ) 要有负反馈电路。

先谈第一点，我们知道，运放的输出电压Vo 等于正相输入端电压与反相输入端电压之差Vid 乘以运放的开环增益A。即 Vo = Vid * A = (VI+ - VI-) * A ( 1 )

由于在实际中运放的输出电压不会超过电源电压，是一个有限的值。在这种情况下，如果A 很大，(VI+ - VI-)就必然很小；如果(VI+ - VI-) 小到某程度，那么我们实际上可以将其看作0，这个时候就会有VI+ = VI-，即运放的同相输入端的电压与反相输入端的电压相等，好像连

在一起一样，这我们称为―虚短路‖。注意它们并未真正连在一起，而且它们之间还有电阻，这一点一定要牢记。

在上面的讨论中，我们是怎样得到―虚短‖的结果的呢？

我们的出发点是公式 ( 1 ) ，它是运放的特性，是没有问题的，我们可以放心。然后，我

们作了两个重要的假设，一个是运放的输出电压大小有限，这没有问题，运放输出当然不会超过

电源，因此这个假设绝对成立，所以以后我们就不提了。第二个是说运放开环增益A 很大。普

通运放的A 通常都达10 的6、7 次方甚至更高，这个假设一般没问题，但不要忘记，运放的实际

开环增益还与其工作状态有关，离开了线性区，A 就不一定大了，所以，这第二个假设是有条件

的，我们也先记住这一点。

因此我们知道，当运放的开环增益A 很大时，运放可以有―虚短‖。但这只是可能性，不

是自动就实现的，随便拿一个运放说它的两个输入端是―虚短‖没有人会相信。―虚短‖要在特定的电路中才能实现。

请先看图1 的电路，如果我们将反相输入端IN-的电平固定，比如在0V，在同相输入端IN+ 加一个固定电压V1，并取V1 = 1mV，设运放的A = 10**6。这样，按照公式( 1 ) ，运放的输

出电压Vo 应该为 Vo = A * ( V1 – 0 ) = 1000000 * 1 /1000 = 1000 (V)

显然，Vo 到不了1000V，它上升不到VCC 运放就饱和了，A 也不再是1000000 了，上面的计

算完全不成立，输出电压停止在比VCC 略小的数值上。

这种是没有负反馈的情况，比较器就工作在这种情况，―虚短‖在这里不存在，两个输入

段之间的电压差是1mV。

如果我们加上负反馈电路，如图2 所示，即将输出电压Vo 的一部分反送到运放的反相输入端。初始时V1 = 0，Vo = 0，反相输入端的电压也是0。然后我们同样将V1 调为1mV，在V1 调

高这一瞬间，(VI+ - VI-) = 1mV，运放受到这样一个正输入电压，其输出电压马上上升。由于

有负反馈，VI- = Vo * R1 / (R1 + Rf) 也跟着上升，从而使得(VI+ - VI-)变小，这一小，Vo 上升就变慢。最后，当Vo 上升到一个值，使得VI- = VI+ = V1，即(VI+ - VI-) = 0，这时Vo

就不动了，而运放的两个输入端就处于―虚短‖状态。可以看出，―虚短‖所以得以实现是由于有负反馈使VI- 逼近VI+的缘故。

所以―虚短‖存在的条件是：

1 ) 运放的开环增益A 要足够大；

2 ) 要有负反馈电路。

明白了―虚短‖得条件后我们就很容易判断什么时候能什么时候不能用―虚短‖作电路

分析了。在实际上，条件( 1 ) 对绝大多数运放都是成立的，关键要看工作区域。如果是书上的

电路，通过计算判断；如果是实际电路，用仪器量运放输出电压是否合理即可知道。

与―虚短‖相关的还有一种情况叫―虚地‖，就是有一个输入端接地时的―虚短‖，不

是新情况。有些书上说要深度负反馈条件下才能用―虚短‖，我觉得这不准确，我认为这样说

的潜思考是，在深度负反馈的情况下运放更可能工作在线性区。但这不是绝对的，输入信号太大

时，深度负反馈的运放照样进入饱和。所以，应该以输出电压值判断最可靠。

10. 将输入信号直接加到同相输入端,反相输入端通过电阻接地,为什么U_ = U+ =Ui≠0？不是

虚地吗？

问题补充：构成虚短要满足一定的条件。那构成虚地也要满足一定的条件？是什么？为什么？

(1) 在同相放大电路中，输出通过反馈的作用，使得U（+）自动的跟踪U（-），这样U（+）-U

（-）就会接近于0。好像两端短路，所以称―虚短‖。(2)由于虚短现象和运放的输入电阻很高，因而流经运放两个输入端的电流很小，接近于0，这个现象叫―虚断‖（虚断是虚短派生

的，不要以为两者矛盾）(3)虚地是在反相运放电路中的，（+）端接地，（-）接输入和反