一： 基本概念

運(yùn)放的基本組成--運(yùn)算放大器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如下所示。一般由輸入段、增益段、輸出段等3段電路構(gòu)成。

輸入段由差分放大段構(gòu)成，用于放大兩個(gè)引腳間的電壓差。 另外，同相信號(hào)成分（引腳間無電位差，輸入相等電壓的狀態(tài)）不放大，起抵消作用。

若僅靠該差分放大電路，則增益不足，因此使用增益段進(jìn)一步增加運(yùn)算放大器的開放增益。

普通運(yùn)算放大器的增益段間連接了防振相位補(bǔ)償電容C。

運(yùn)放使用中，負(fù)載引起的輸出特性的變化（失真、電壓下降等）主要由輸出段的電路結(jié)構(gòu)和電流能力決定。

一般輸出段的種類有A類、B類、C類、AB類輸出電路，這是根據(jù)輸出電路中流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電流量（偏壓的差別）進(jìn)行分類的。根據(jù)驅(qū)動(dòng)電流量的不同，輸出段發(fā)生的失真系數(shù)水平會(huì)發(fā)生變化。

一般電路失真的順序從小到大依次為A類、AB類、B類、C類。

******理想運(yùn)放******

1.高共模抑制比 2,高輸入阻抗，一般是在高阻抗的信號(hào)源中使用 3，低輸出阻抗，配合低阻抗的負(fù)載輸出大的信號(hào)電流 3，理論增益無窮大

二： 知識(shí)解析

問題？為什么運(yùn)放輸入端需接入平衡電阻

思路：失調(diào)/偏置電流->失調(diào)電壓->阻抗匹配

(1)失調(diào)電流偏置電流的來源?

運(yùn)放通常由是雙極結(jié)型晶體管(BJT)運(yùn)放型和場(chǎng)效應(yīng)管(FET)型組成，由于三極管是依靠電流驅(qū)動(dòng)的器件Ib固定存在，Ib不可避免，F(xiàn)ET為電壓驅(qū)動(dòng)型號(hào)，具有很高的輸入阻抗理論上Ib可以忽略，但是很多運(yùn)放輸入端內(nèi)部?jī)?nèi)置有二級(jí)管且存在Cbs，Cds等寄生電容，為了維持靜態(tài)偏置點(diǎn)的平衡，在運(yùn)放運(yùn)行期間漏電流產(chǎn)生不可避免。二者產(chǎn)生的漏電流統(tǒng)稱為漏電流IB。

輸入失調(diào)電流(IB+ - IB-) ，

輸入偏置電流 (IB+ + IB-) /2

(2)失調(diào)電壓：運(yùn)放的失調(diào)電壓產(chǎn)生于運(yùn)放的輸入兩個(gè)管子不匹配造成，理論上兩個(gè)輸入管子的匹配度和管子的有效面積成正比，工藝限制，所以輸入失調(diào)電壓無法避免。運(yùn)放常用VCC/2 作為參考電壓 是因?yàn)樵撨\(yùn)放處在單電源工作狀態(tài)下，在此時(shí)運(yùn)放真正的參考是VCC/2，故常在運(yùn)放正端提供一個(gè)VCC/2 的直流偏置，在正負(fù)雙電源供電時(shí)還是常以地為參考的

上述（1）（2）都是運(yùn)放的直流影響量

上圖我們看到由于輸入端偏置電流最終在輸出端引起的RMatch = RG||RF,這樣就消除了偏置電流產(chǎn)生的影響。輸入失調(diào)電壓近似等于

在沒有嚴(yán)格匹配外部電阻的情況下，輸出失調(diào)電壓的估算可以根據(jù)下式進(jìn)行。

下圖為一般運(yùn)放內(nèi)部的等效電路

參考資源：運(yùn)放內(nèi)部結(jié)構(gòu) (360doc.com)

二：常見應(yīng)用

2.1 為什么跟隨器中使用相同的R1和R2電阻？

常見的運(yùn)算放大器有COMS型和FET型，CMOS型運(yùn)放有很小的輸入偏置電流，但是CMOS的特性導(dǎo)致設(shè)計(jì)時(shí)候需要在柵極增加防護(hù)電路二極管結(jié)，防護(hù)電路是CMOS運(yùn)放的主要偏置電流來源。FET是電流驅(qū)動(dòng)，偏置電流主要取決于運(yùn)放的內(nèi)部設(shè)計(jì)。區(qū)分二者主要可以看偏置電流的正負(fù)。帶正負(fù)是CMOS型運(yùn)放，不帶正負(fù)則是FET型。

隨著發(fā)展很多運(yùn)放已經(jīng)可以做到IB（偏置電流）和IOS（失調(diào)電流）非常接近，當(dāng)IB 》IOS時(shí)，可以通過補(bǔ)償電阻降低輸入IB引起的輸入誤差，但是當(dāng)IOS和IB非常接近，增加電阻反而增加了誤差。

輸入偏置電流消除電阻器。 輸入端接同大小的電阻是進(jìn)行輸入阻抗匹配，防止偏置電流引起的總失調(diào)電壓，兩個(gè)相同的電阻會(huì)形成大小相等，方向相反的失調(diào)電壓（前提是偏置電流的流向相反，理論無法確定，實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)采用同樣的電阻指標(biāo)滿足，我們暫且默認(rèn)是相反的），減少輸入偏置電流引起的失調(diào)電壓。當(dāng)U = I*R當(dāng)反饋端電阻很小時(shí)候，匹配電阻的必要性就需要衡量。

對(duì)失調(diào)電壓的要求根據(jù)不同的電路要求不同，一般精密測(cè)量電路都盡量做到平衡電路，交流音頻電路則不需要進(jìn)行平衡。

2.2 為什么反向放大器R1接電阻不直接接地？

那要根據(jù)你的運(yùn)放類型決定了。如果運(yùn)放內(nèi)部使用了互補(bǔ)電流源進(jìn)行補(bǔ)償過的，就不能使用電阻R1接地，因?yàn)檫@種類型的運(yùn)放輸入端的電流極性是不確定的，偏置電流大小也是不確定的，使用電阻接地反而加大誤差。通過查看數(shù)據(jù)手冊(cè)中偏置電流的是否為正負(fù)。

上如圖正負(fù)表示偏置電流可以在任意方向流動(dòng)。上述LTC2051的輸入偏置電流和失調(diào)電流基本一致。差距不大可見此運(yùn)放內(nèi)部可能自帶偏置電流消除功能。

第二需考慮加入電阻的必要性，假如電路設(shè)計(jì)對(duì)輸出失調(diào)電壓的要求是2mV，偏置電流為40nA,那么加入電阻后引起的輸出失調(diào)電壓就是。設(shè)置R為10K.則10K*40nA = 400uV ,可見接電阻和不接電阻對(duì)系統(tǒng)的影響不大，可以放棄。所以首先需將輸入失調(diào)電壓和偏置電流的影響做比較，然后決定是否添加電阻進(jìn)行平衡。而且加入電阻后電阻引起的熱噪聲和阻抗引起的外部干擾都是不可預(yù)估的。一般設(shè)計(jì)者建議預(yù)留這些調(diào)節(jié)點(diǎn)，后期產(chǎn)品調(diào)試靈活性會(huì)很高。

同向接地電阻只對(duì)雙極性運(yùn)放有作用，對(duì)于MOS型運(yùn)放無作用。但是在高頻下必須使用R1。

參考學(xué)習(xí)：運(yùn)放輸入端所接電阻要平衡 - 百度文庫 (baidu.com)

深度負(fù)反饋：

R1 = R2//R3

2.3為什么運(yùn)放輸出端接電阻且阻值不同

原因有二吧：運(yùn)放在運(yùn)行中有時(shí)候不是完美的阻尼響應(yīng)時(shí)候，反饋信號(hào)可以很好的調(diào)節(jié)運(yùn)放電路；如果電路設(shè)計(jì)中運(yùn)放的反饋延時(shí)嚴(yán)重，反饋端示波器測(cè)量有明顯的過沖，振鈴，信號(hào)反饋就需要經(jīng)過多個(gè)極點(diǎn)才能穩(wěn)定。如果反饋延時(shí)過大可能輸出持續(xù)震蕩。

（1）當(dāng)負(fù)載是容性負(fù)載可以穩(wěn)定電路的輸出。且在反饋環(huán)路內(nèi)時(shí)候如圖1中的R3，

（2）當(dāng)R3在反饋環(huán)路外的時(shí)候可以防止輸出端短路，損壞運(yùn)放，而增加電阻只會(huì)帶來Vout的下降且降幅參考輸出擺幅和電路之間的關(guān)系.可參考各個(gè)預(yù)防的圖三，實(shí)際以設(shè)計(jì)電路的帶載能力為準(zhǔn)。

（3）當(dāng)運(yùn)放端需要驅(qū)動(dòng)某些東西，輸出電阻可以很好的限制電流在需求范圍內(nèi)，且降低設(shè)備的功耗，防止不必要的浪費(fèi)。

2.4為什么運(yùn)放的反饋電阻不同？

（1）反饋電阻不僅僅影響運(yùn)放輸出的帶寬，當(dāng)反饋增益越大，則運(yùn)放的帶寬越小。

（2）反饋電阻影響運(yùn)放的功耗，理論上我們知道當(dāng)運(yùn)放外圍的電阻越大，則運(yùn)放工作時(shí)候的功耗越小，運(yùn)放發(fā)熱就會(huì)減少，這是大電阻選擇的唯一理由。當(dāng)然弱電流測(cè)試?yán)狻?/p>

電阻過大的危害：a：噪聲影響，常溫下電阻的噪聲密度可以用 0.13√nV/√Hz 估算，一個(gè) 10kΩ 的電阻，其噪聲密度約為 13nV/√Hz，與一個(gè)中等噪聲的運(yùn)放等效輸入噪聲密度相當(dāng)。 而一個(gè) 100Ω 電阻，噪聲密度約為 1.3nV/√Hz，等同于一個(gè)相當(dāng)?shù)驮肼暤倪\(yùn)放。

b.雜散電容的帶入，會(huì)導(dǎo)致上限截止頻率降低。 c.造成的漏電阻影響。

（3）在電路系統(tǒng)中，源對(duì)測(cè)量端我們一般希望測(cè)量端是阻抗無窮大，源端阻抗無窮小，有利于測(cè)量的精度。運(yùn)放的輸出電阻同樣的道理，輸出電阻也影響和后級(jí)電路的運(yùn)行。所以在電路系統(tǒng)中需全面的考慮電路的需求，一個(gè)電路不是所有的器件參數(shù)都需要關(guān)注的。

綜上：電阻的選擇建議參考芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)，切勿憑感覺而行。我們根據(jù)外部電阻的需求對(duì)下面電路進(jìn)行分析。

下圖是一個(gè)典型的交流輸出電路，一般使用在正弦，方波，諧波輸出等電路中，用于控制電路，儀表檢測(cè)等。我們發(fā)現(xiàn)同向輸入端R，當(dāng)RF遠(yuǎn)大于R1時(shí)候，雖然增大了放大倍數(shù)但是Vos*Gn同樣被放大。而且假設(shè)運(yùn)放的Ib確定，當(dāng)R增大時(shí)候，R*Ib的影響也會(huì)在輸出端成倍數(shù)增加。所以開發(fā)者既要考慮下限截止頻率也要考慮偏置電流的影響。

2.5為什么運(yùn)放的電源“有時(shí)候”需要接電阻？

如上圖是一個(gè)簡(jiǎn)單得輸出跟隨電路，我們發(fā)現(xiàn)運(yùn)放周圍有4個(gè)電阻，R2,R4如我們上面說得是為了平衡運(yùn)放得Ib,但是對(duì)MOS型運(yùn)放無作用，實(shí)際電路設(shè)計(jì)可以預(yù)留，用于電路調(diào)試。R1為運(yùn)放的輸出電阻，輸出電阻的大小可以從兩個(gè)方面分析

1）當(dāng)輸出端對(duì)外有連接，需考慮外部電壓的影響，導(dǎo)致電流倒灌，運(yùn)放發(fā)熱損壞運(yùn)放，電阻可以一定程度的限流，當(dāng)然100Ω是有限度的，還需其它外界電路的保護(hù)。

2）作為輸出端的運(yùn)放當(dāng)電路異常時(shí)候，不能對(duì)外接設(shè)備造成影響和損壞，增加限流電阻防止運(yùn)放虛焊等導(dǎo)致電源軌輸出，大電流對(duì)外接設(shè)備的損壞。運(yùn)放自身發(fā)熱也會(huì)損壞。

R3作為電源的限流，一定程度上從根源限制了運(yùn)放的輸出能力，需結(jié)合電路設(shè)計(jì)增減。

上述幾種電阻的作用不僅僅需保證設(shè)計(jì)指令還需考慮電路的實(shí)用性和穩(wěn)定性。

綜上：完美的產(chǎn)品是兼容性能和安全的。他好你也好

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