第三章 运放应用基础:运放的使用既简单又不简单。说它简单是因为设计运放电路时,可以避免晶体管电路的复杂参数计算。说它不简单,是因为很多时候运放并不“理想”,总是按理想运放去设计电路会导致错误结果。本章将基于仿真软件分别从原理、性能、功能、差别四个侧重点,讲解了基本运算放大电路的原理;实际运算放大器的性能;特殊运算放大器的功能;有源滤波器的拓扑差别。3.1基本运算放大电路:运放的全称是运算放大器,也就是它可以实现各种模拟电量的数学运算。这种数学运算并不是用来做“计算器”的,而是在模拟信号调理过程中,我们可能需要用到的比例、加减、乘法、积分、微分等操作。
3.2实际运算放大电路:理想运放将实际运放的很多参数理想化了,多数参数理想化后毫无违和感,例如开环增益、共模抑制比。但是有部分参数在一些场合不能理想化处理。实际运放和理想运放的区别主要体现在以下几点:1)理想运放没考虑芯片供电电压与输入输出信号幅值问题,选型实际运放时,则需要考虑这一因素。2)任何电路存在低通效应,所以实际运放会有带宽问题。3)运放虚短的假设基本没有问题,但是虚断则不一定成立。处理高内阻信号时,运放的输入电流就不能忽略。4)在运放产品线中,“潜伏”着一类“电流反馈型”运算放大器,它们在使用时与常规“电压反馈型”运放有许多不同。5)理想运放不会发生自激振荡,但是实际运放可能会振荡。6)任何电路都存在噪声,在高精度应用时,需要考虑定量计算运放电路的噪声大小。对于前4个问题,即使是初学者也是有必要掌握的,否则几乎没有办法正确使用运放。而对于运放的振荡和噪声问题,则可暂不涉及,放在附录A和B中择日再学。
3.3特殊运算放大器:单独只有运放是无法实现放大功能的,放大电路还需要外接电阻、电容或者其他元件。如果将这些外部元件和运放集成在一起,可以简化应用或提高性能,这就构成了一些特殊的放大器。本节将介绍几类特殊放大器。
3.4有源滤波器:无源滤波器的负载也构成滤波器的一部分,所以会导致截止频率的偏移。出于隔离负载的目的,引入运放后的滤波器就称为有源滤波器。值得一提的是,并非所有场合都适用有源滤波器。1)对滤波器截止频率没有严格要求时,例如仅仅是滤除一些高频毛刺干扰,使用RC或LC滤波显然要结构简单成本低。2)当信号频率非常高时,例如几百MHz至GHz时,高带宽的运放不仅数量稀少而且价格昂贵,此时一般都采用LC滤波。3)非对信号进行滤波,而是对电源滤波时,考虑到效率,不能使用运放滤波。一般用LC滤波,或者用电力有源滤波(属于开关电路,并非通常意义的运放有源滤波器)。
3.5运放的稳定性:运放内部电路的延迟往往远小于外部电路延迟,所以内部延迟导致的一般是高频自激振荡,而外部电路延迟更多的表现为振铃。
3.6运放电路的噪声:在运放电路中,电压噪声、电流噪声、电阻噪声共同作用。1)输入噪声由三部分组成,电压噪声env,电流噪声在Rs和R1//R2产生的等效电压噪声eni,电阻的热噪声enr,三者的平方和开根号为总输入噪声有效值。2)输入噪声将被运放电路放大,所以总输出噪声有效值如式B.9所示。需要注意的是,电阻R1的噪声只放大了R2/R1倍(G-1),电阻R2的噪声则并没有被放大,所以不乘以放大倍数。3)在求解峰值噪声方面,虽然理论上任何峰值的噪声都可能存在,但根据概率统计(此处分析略),99.7%以上的噪声都处于6倍有效值范围。
[判断题]正反馈可以消除比较器的振荡。


答案:对
[判断题]噪声可以通过合适的滤波器滤除。

[多选题]关于减法运算电路,以下说法正确的是?
理想运放构成的减法电路一定具有很高精度
减法电路可以将两个输入信号的差值进行放大输出
运放外部电阻的精度,严重影响减法运算电路的精度[单选题]放大高内阻信号,应使用哪种类型的运放?
FET输入运放
零漂移运放
高速运放[单选题]将微弱信号高倍放大,应采用哪种运放?
FET输入运放
高速运放
零漂移运放

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