一： 基本概念

運放的基本組成--運算放大器的內部電路結構如下所示。一般由輸入段、增益段、輸出段等3段電路構成。

輸入段由差分放大段構成，用于放大兩個引腳間的電壓差。 另外，同相信號成分（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，因此使用增益段進一步增加運算放大器的開放增益。

普通運算放大器的增益段間連接了防振相位補償電容C。

運放使用中，負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構和電流能力決定。

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)輸出電路中流動的驅動電流量（偏壓的差別）進行分類的。根據(jù)驅動電流量的不同，輸出段發(fā)生的失真系數(shù)水平會發(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。

******理想運放******

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

二： 知識解析

問題？為什么運放輸入端需接入平衡電阻

思路：失調/偏置電流->失調電壓->阻抗匹配

(1)失調電流偏置電流的來源?

運放通常由是雙極結型晶體管(BJT)運放型和場效應管(FET)型組成，由于三極管是依靠電流驅動的器件Ib固定存在，Ib不可避免，F(xiàn)ET為電壓驅動型號，具有很高的輸入阻抗理論上Ib可以忽略，但是很多運放輸入端內部內置有二級管且存在Cbs，Cds等寄生電容，為了維持靜態(tài)偏置點的平衡，在運放運行期間漏電流產生不可避免。二者產生的漏電流統(tǒng)稱為漏電流IB。

輸入失調電流(IB+ - IB-) ，

輸入偏置電流 (IB+ + IB-) /2

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

上述（1）（2）都是運放的直流影響量

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生的影響。輸入失調電壓近似等于

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

下圖為一般運放內部的等效電路

參考資源：運放內部結構 (360doc.com)

二：常見應用

2.1 為什么跟隨器中使用相同的R1和R2電阻？

常見的運算放大器有COMS型和FET型，CMOS型運放有很小的輸入偏置電流，但是CMOS的特性導致設計時候需要在柵極增加防護電路二極管結，防護電路是CMOS運放的主要偏置電流來源。FET是電流驅動，偏置電流主要取決于運放的內部設計。區(qū)分二者主要可以看偏置電流的正負。帶正負是CMOS型運放，不帶正負則是FET型。

隨著發(fā)展很多運放已經可以做到IB（偏置電流）和IOS（失調電流）非常接近，當IB 》IOS時，可以通過補償電阻降低輸入IB引起的輸入誤差，但是當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行輸入阻抗匹配，防止偏置電流引起的總失調電壓，兩個相同的電阻會形成大小相等，方向相反的失調電壓（前提是偏置電流的流向相反，理論無法確定，實際應用中發(fā)現(xiàn)采用同樣的電阻指標滿足，我們暫且默認是相反的），減少輸入偏置電流引起的失調電壓。當U = I*R當反饋端電阻很小時候，匹配電阻的必要性就需要衡量。

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

2.2 為什么反向放大器R1接電阻不直接接地？

那要根據(jù)你的運放類型決定了。如果運放內部使用了互補電流源進行補償過的，就不能使用電阻R1接地，因為這種類型的運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)手冊中偏置電流的是否為正負。

上如圖正負表示偏置電流可以在任意方向流動。上述LTC2051的輸入偏置電流和失調電流基本一致。差距不大可見此運放內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，假如電路設計對輸出失調電壓的要求是2mV，偏置電流為40nA,那么加入電阻后引起的輸出失調電壓就是。設置R為10K.則10K*40nA = 400uV ,可見接電阻和不接電阻對系統(tǒng)的影響不大，可以放棄。所以首先需將輸入失調電壓和偏置電流的影響做比較，然后決定是否添加電阻進行平衡。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估的。一般設計者建議預留這些調節(jié)點，后期產品調試靈活性會很高。

同向接地電阻只對雙極性運放有作用，對于MOS型運放無作用。但是在高頻下必須使用R1。

參考學習：運放輸入端所接電阻要平衡 - 百度文庫 (baidu.com)

深度負反饋：

R1 = R2//R3

2.3為什么運放輸出端接電阻且阻值不同

原因有二吧：運放在運行中有時候不是完美的阻尼響應時候，反饋信號可以很好的調節(jié)運放電路；如果電路設計中運放的反饋延時嚴重，反饋端示波器測量有明顯的過沖，振鈴，信號反饋就需要經過多個極點才能穩(wěn)定。如果反饋延時過大可能輸出持續(xù)震蕩。

（1）當負載是容性負載可以穩(wěn)定電路的輸出。且在反饋環(huán)路內時候如圖1中的R3，

（2）當R3在反饋環(huán)路外的時候可以防止輸出端短路，損壞運放，而增加電阻只會帶來Vout的下降且降幅參考輸出擺幅和電路之間的關系.可參考各個預防的圖三，實際以設計電路的帶載能力為準。

（3）當運放端需要驅動某些東西，輸出電阻可以很好的限制電流在需求范圍內，且降低設備的功耗，防止不必要的浪費。

2.4為什么運放的反饋電阻不同？

（1）反饋電阻不僅僅影響運放輸出的帶寬，當反饋增益越大，則運放的帶寬越小。

（2）反饋電阻影響運放的功耗，理論上我們知道當運放外圍的電阻越大，則運放工作時候的功耗越小，運放發(fā)熱就會減少，這是大電阻選擇的唯一理由。當然弱電流測試例外。

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 10kΩ 的電阻，其噪聲密度約為 13nV/√Hz，與一個中等噪聲的運放等效輸入噪聲密度相當。 而一個 100Ω 電阻，噪聲密度約為 1.3nV/√Hz，等同于一個相當?shù)驮肼暤倪\放。

b.雜散電容的帶入，會導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，源對測量端我們一般希望測量端是阻抗無窮大，源端阻抗無窮小，有利于測量的精度。運放的輸出電阻同樣的道理，輸出電阻也影響和后級電路的運行。所以在電路系統(tǒng)中需全面的考慮電路的需求，一個電路不是所有的器件參數(shù)都需要關注的。

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

下圖是一個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，儀表檢測等。我們發(fā)現(xiàn)同向輸入端R，當RF遠大于R1時候，雖然增大了放大倍數(shù)但是Vos*Gn同樣被放大。而且假設運放的Ib確定，當R增大時候，R*Ib的影響也會在輸出端成倍數(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為什么運放的電源“有時候”需要接電阻？

如上圖是一個簡單得輸出跟隨電路，我們發(fā)現(xiàn)運放周圍有4個電阻，R2,R4如我們上面說得是為了平衡運放得Ib,但是對MOS型運放無作用，實際電路設計可以預留，用于電路調試。R1為運放的輸出電阻，輸出電阻的大小可以從兩個方面分析

1）當輸出端對外有連接，需考慮外部電壓的影響，導致電流倒灌，運放發(fā)熱損壞運放，電阻可以一定程度的限流，當然100Ω是有限度的，還需其它外界電路的保護。

2）作為輸出端的運放當電路異常時候，不能對外接設備造成影響和損壞，增加限流電阻防止運放虛焊等導致電源軌輸出，大電流對外接設備的損壞。運放自身發(fā)熱也會損壞。

R3作為電源的限流，一定程度上從根源限制了運放的輸出能力，需結合電路設計增減。

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

綜上：完美的產品是兼容性能和安全的。他好你也好

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