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第一部分 运算放大器 目 录 第一章 理想运算放大器 第二章 电压反馈运放和电流反馈运放 第三章 单电源与低电压运放 第四章 差分运放 第五章 常见的使用错误 前言——运算放大器的发展 问题的提出： 运算放大器是在通信的发展中诞生的，当电话线延伸很长距离后就需要放大器，而不可靠的放大器限制了电话的使用。 解决方案： 做出这样一个放大器，它的增益要大于实际使用时所需的增益。然后把放大器输出信号中的一部分反馈到输入端，而反馈的方式应该使电路的增益取决于反馈电路，而不取决于放大器的增益。 前言——运算放大器的发展 第一章 理想运算放大器 理想运放的假设 同相运放 反相运放 加法器 复杂反馈网络 理想运放的假设 理想运放 ——最重要的参数都是完美的、可以简化分析 理想运放的假设 假设流入运放输入端的电流为零。 这一假设对于FET运放几乎是完全正确的，因为FET运放电流在1pA以下。 但对于双极高速运放，这个假设不总正确，因为双极运放的输入电流有时可以到数十微安。 理想运放的假设 假设运放的增益为无穷大 运放的输出电压可以到任意值。 实际上，当输出电压接近于电源电压时，运放便进入饱和。 理想运放的假设 两个输入端指间的电压为零 如果一个输入端连接到一个像地这样的硬电压源上，那么另一个输入端也将处于同一电位上。 另外，由于流入输入端的电流为零，所以运放的输入阻抗是无穷大。 理想运放的假设 理想运放的输出阻抗为零 理想运放可以驱动任何负载，而自己不会因输出阻抗而产生任何压降。 在小电流下，大多数运放的输出阻抗在零点几欧姆的范围，所以这个假设在大多数情况下是成立的。 理想运放的假设 同相运放 同相运放 同相运放 同相运放 Rg一般是被去除的， 当Rg去除后，Rf也可以去除（短接 有些运放把Rf去除后会自毁，当保留Rf时，它的作用是保护反相输入端不受过电压带来的损伤。 需要注意的是在电流反馈放大器的设计中，Rf是永远也不能去掉的，因为Rf决定了电流反馈放大器的稳定性。 反相运放 反相运放 利用基尔霍夫定理 反相运放 增益仅与反馈电阻和增益电阻有关 如果Rf=10kΩ和Rg=10KΩ，那么增益等于-1，如果如果Rf=100kΩ和Rg=100KΩ，增益仍然等于-1。10KΩ和100KΩ的阻抗等级确定了实际吸取电流的大小、杂散电容的效应。 电路的输入阻抗由Rg设定。 加法器 复杂反馈网络 复杂反馈网络 复杂反馈网络 构建一个反相放大电路，它的具体指标是：输入电阻为10KΩ（Rg=10KΩ），增益等于100，以及反馈电阻等于或小于20KΩ。 通常的反相放大器电路无法满足这些指标，因为Rf必须等于1MΩ。但通过插入一个R2=R4=10 KΩ和R3=485KΩ的T形网络，就可以近似地满足要求。 小结 在给出了恰当的假设之后，运放电路的分析就变得简单明了。 包括零输入电流、零输入失调电压和无穷大增益在内的这些假设，是一些符合实际的假设。 当信号由低频成分组成时，增益的假设是成立的，因为运放在低频时有非常高的增益。 当使用CMOS运放时输入电流在飞安的量级在大多数应用中可以看作为零。 激光微调的输入电流使输入失调电压低到微伏量级。 第一章 练习题 第二章 电流反馈运放 CFA模型 同相CFA 反相CFA CFA的稳定性分析 CFA模型 CFA模型 同相CFA 同相CFA 反相CFA 反相CFA 稳定性方程的导出 稳定性分析 影响稳定性的两个运放参数是跨阻抗Z和输入缓冲器的输出阻抗Zb 影响稳定性的外部元件是Zg和Zf CFA稳定性方程的波特图 CFA稳定性方程的波特图 第三章 VFA和CFA的比较 精度 带宽 稳定性 阻抗 方程的比较 VFA和CFA精度的比较 VFA和CFA精度的比较 VFA和CFA稳定性的比较 VFA的稳定性取决于两个因素：运放的传递函数 和增益设置元件。 运放中包含许多极点，但有一个主极点，运放所具有的大多数相位裕度是在45度附近。 在输入端或输出端的引线与地之间的杂散电容会引起电路的不稳定，而同样的杂散电容，如果与反馈电阻相并联，则会增加稳定性。 VFA和CFA稳定性的比较 CFA的稳定性取决于两个因素：运放的传递函数Z和增益设置元件Zf CFA的外部补偿是通过Zf实现的。制造厂的应用工程师们要做大量的测试，以确定在给定增益下Rf的最优值 。 从任何一个节点到地之间的杂散电容都会使CFA的性能变坏。 VFA和CFA阻抗的比较 VFA输入阻抗大，且两个输入阻抗相互匹配 CFA 的两个输入端阻抗相互不匹配。CFA的同相输入端引脚是一个有非常高输入阻抗的缓冲器输入端。反相输入端引脚则是一个有非常低阻抗的缓冲器输出端。 VFA和CFA方程的