0x00 前言
接上篇，複習過51單片機後，本次來講述運放的基礎，原來以爲不能大一就考運放的，關鍵基礎都沒學呢，但是我發現我還是太嫩了。博主在此之前從未接觸過運放，權當博主的學習筆記吧，如有問題懇請糾正。
參考文章：
https://blog.csdn.net/qq_29350001/article/details/52982870
0x01 瞭解即可
1. 運放定義
運算放大器（OP Amp常簡稱爲“運放”）是具有很高放大 倍數的電路單元。在實際電路中，通常結合反饋網絡共同組成 某種功能模塊。由於早期應用於模擬計算機中，用以實現數學 運算，故得名“運算放大器”，此名稱一直延續至今。
2. 運放特點
（來自學長的ppt）
3. 運放分類
按集成個數分：單運放 雙運放 四運放
（左：單運放 右：雙運放）
按製造工藝分
按用途分：
運算放大器 儀表放大器 音頻放大器 差分放大器 功率放大器
電流反饋性放大器 高頻放大器 寬帶放大器 緩衝器
4.運放參數
輸入失調電壓（Vio）
輸入失調電壓(Input off set Voltage)，簡稱Vio，其定義是爲使運算放大器輸出端爲 0V(或接近0V)所需加於兩輸入端間之補償電壓。理想之運 算放大器其Vio爲0V，一般爲毫伏級，此參數越小越好。
輸入偏置電流（Iib）
偏置電流 （bias current） 就是第 一級放大器輸入晶體管的基極直流電流的平均值。此參數 越小越好。
共模電壓增益（Avc）
兩輸入端輸入差模電壓，輸出電 壓的變化量與輸入電壓變化量之比。
共模輸入電壓範圍（Vicm）
這表示運算放大器兩輸入端 與地之間能加的共模電壓的範圍。
最大輸出電壓（Vom）
對於實際運算放大器，若振幅變 大，則輸出信號接近正、負電源電壓進入飽和狀態，出現 失真。在出現失真之前的最大電壓稱爲最大輸出電壓。
共模抑制比（Kcmr）
差模電壓增益Avd與共模電壓增益 Avc之比稱爲共模抑制比。可以表示爲KCMR=20lg（Avd/Avc） dB。此值越大越好，但是會隨着信號的頻率升高而下 降，一般都大於80dB。
電源電壓抑制比（Ksvr）
運放的失調電壓隨電源的變化 率稱爲電源電壓抑制比，若電源變化△VS時失調電壓變化 量爲△VIo，則Ksvr定義爲：KSVR=20lg（△VS/△VIo）dB。此 值越大越好，較小時輸出中出現電源噪聲。
共模輸入電壓範圍（Vicm）
這表示運算放大器兩輸入端 與地之間能加的共模電壓的範圍。
消耗電流（ICC）
這是運算放大器電源端流通用的電 流，隨外加電路與電源電壓的不同而變化。消耗電流越小 越好，較大時放大器發熱增加引起輸出直流漂移增大。
轉換速率（Slewing Rate,SR）
若輸入信號變化塊，則輸出跟不上輸 入的變化速度。SR是表示這種跟蹤性能的參數。該值越 大越好，但是該值高的運算放大器其他性能較差。該參數 是指輸出電壓的變化量與發生這個變化所需時間之比的最 大值。SR通常以V/µs爲單位表示。
轉換速率也稱壓擺率，其定義是運放在額定負載及 輸入階躍大信號時輸出電壓的最大變化率 。
當放大器輸出大振幅的高頻信號時，轉換速率對實際 的帶寬起到主要的約束
OPA552的單位增益帶寬GBW爲12MHz，SR爲 24V/μS，用其構成放大倍數爲5的反相放大器，其小 信號帶寬爲12MHz/5=2.4MHz，當輸出信號的峯-峯值 爲10V時，其
開環帶寬BW 單位增益帶寬GBW
表示電壓增益—頻率特 性的參數，單位爲MHZ。GB=Aff。（帶寬和增益的矛盾！）
okk瞭解結束，下面來說正事
0x02 運放的基本應用
1. 虛短&&虛斷
這篇文章虛短續斷寫的很詳細 https://blog.csdn.net/qq_29350001/article/details/52982870
虛短：由於運放的電壓放大倍數很大，一般通用型運算放大器的開環電壓放大倍數都在80 dB以上。 而運放的輸出電壓是有限的，一般在 10 V～14 V。因此運放的差模輸入電壓不足1 mV，兩輸入端近似等 電位，相當於 “短路”。開環電壓放大倍數越大，兩輸入端的電位越接近相等。“虛短”是指在分析運算放大器處於線性狀態時，可把兩輸入端視爲等電位，這一特性稱爲虛假短路，簡稱虛短。顯然不能將兩輸入端真正短路。虛短得出正負輸入端等電位的結論。
虛斷：由於運放的差模輸入電阻很大，一般通用型運算放大器的輸入電阻都在1MΩ以上。因此流入運放輸入端的電 流往往不足1uA，遠小於輸入端外電路的電流。故 通常可把運放的兩輸入端視爲開路，且輸入電阻越大，兩輸入端越接近開路。“虛斷”是指在分析 運放處於線性狀態時，可以把兩輸入端視爲等效開路，這一特性 稱爲虛假開路，簡稱虛斷。顯然不能將兩輸入端真正斷路。虛斷得出電流不流入流出放大器輸入端，而外端電流相等的結論。
2.反向運放
（來自上篇文章的圖）
V+接地，電壓爲0，因爲V+與V-虛短，所以V-也爲0，
Vi比V-（0v）高，產生向右的電壓，此時的I1爲 Vi/R1,
又反向輸入端輸入電阻很高，虛斷，幾 乎沒有電流注入和流出，所以把R1與R2看成串聯。I1 == I2
所以此時的Vout爲 -(0+ Vi/R1 x R2） ,整理得 Vout = (-R2/R1)*Vi
3.同向運放
Vi與V-虛短所以 Vi = V-,
虛斷，反向輸入端沒有電流輸入輸出,所以I2 = Vi / R2
因爲R1與R2電流相等。I1 = Vi / R2
此時Vout = Vi + (R1 / R2)Vi,整理得 Vout = (1 + R1 / R2)Vi
4.反向加法器
V+接地，電壓爲0，因爲V+與V-虛短，所以V-也爲0，
V1 和 V2 比V-（0v）高，產生向右的電壓，此時的I1爲 V1/R1, I2爲 V2 / R2
又反向輸入端輸入電阻很高，虛斷，幾乎沒有電流注入和流出，根據節點法 I3 = I1 + I2
則有：V1/R1 + V2/R2 = Vout/R3當R1 == R2 == R3時Vout = V1 + V2
5.正向加法器
V+與V-虛短所以 V- = V1+V2,
虛斷，反向輸入端沒有電流輸入輸出,所以I4 =V1+V2 / R4
因爲R1與R2電流相等。I3 = V1+V2 / R4
此時V+ = (V1 + V2)/2 V- = Vout/2 故 Vout = V1 + V2
6. 減法器
圖五由虛斷知，通過R1的電流等於通過R2的電流，同理通過R4的電流等於R3的電流，故有 (V2 – V+)/R1 = V+/R2 ……a (V1 – V-)/R4 = (V- - Vout)/R3 ……b 如果R1=R2， 則V+ = V2/2 ……c 如果R3=R4， 則V- = (Vout + V1)/2 ……d 由虛短知 V+ = V- ……e 所以 Vout=V2-V1 這就是傳說中的減法器了。
7. 積分電路
積分電路可將矩陣脈衝波轉換爲鋸齒波或三角波，還可將鋸齒波轉換爲拋物波。電路的原理很簡單，都是基於電容的衝放電原理，這裏就不詳細說了，這裏要提的是電路的時間常數R*C，構成積分電路的條件是電路的時間常數必須要大於或等於10倍於輸入波形的寬度。
圖六電路中，由虛短知，反向輸入端的電壓與同向端相等，由虛斷知，通過R1的電流與通過C1的電流相 等。通過R1的電流 i=V1/R1 通過C1的電流i=C*dUc/dt=-C*dVout/dt 所以 Vout=((-1/(R1*C1))∫V1dt 輸出電壓與輸入電壓對時間的積分成正比,這就是傳說中的積分電路了。若V1爲恆定電壓U，則上式變換爲Vout = -U*t/(R1*C1) t 是時間，則Vout輸出電壓是一條從0至負電源電壓按時間變化的直線。
8. 微分電路
微分電路可把矩形波轉換爲尖脈衝波，此電路的輸出波形只反映輸入波形的突變部分，即只有輸入波形發生突變的瞬間纔有輸出。
其實就是積分電路反過來。
9. 有源低通濾波器
原理圖
可以看出來，紅圈中是一個同向放大電路，發大比的 8 +1 =9倍
小拓展 --有源濾波器
高通濾波器
文氏濾波器
二階濾波器
10. 正弦波振盪器
正弦波振盪器是在只有直流供電、不外加輸入信號的條件下產生正弦波信號的電路，通常由放大器、帶選頻特性的正反饋迴路和自動穩幅電路組成。
原理圖：
整體來看，就是個放大電路連了一個選頻網絡（籃圈），在放大電路的反饋電路上加了一個二極管雙向穩壓（紅圈）
籃圈：
綠圈是個低通濾波器
橙圈是個諧振電路
11.單限比較器
參考文章：http://www.elecfans.com/d/639791.html
電壓比較器是一種能用不同的輸出電平表示兩個輸人電壓大小的電路。利用不加反饋或加正反饋時工作於非線性狀態的運放即可構成電壓比較器。的應用。常見的電壓比較器有單限比較器、滯回比較器和窗口比較器等。其中，單限比較器靈敏度較高，但抗干擾能力較差，而滯回比較器則相反。
原理圖
輸出結果：
分析：
在原理圖中，負向輸入是直流電 3v；同向輸入是一個10 V/1kHz的正弦波，
當正弦波小於 3v 時，輸出端爲負，在雙向二極管的限制下，輸出爲負的穩壓值；
當正弦波大於 3v 時，輸出端爲正，在雙向二極管的限制下，輸出爲正的穩壓值；
總結
1、電壓比較器的工作原理很簡單：正相輸入端的電位高於反相輸入端，輸出高電平；反相輸入端的電位高於正相輸入端，輸出低電平。
2、當反向輸入端電位爲固定值，正向輸入端爲比較端；正向輸入端爲固定值時，反向輸入端就是比較端了。比較器的輸出電平，符合上述規律。
當輸人信號大於閾值電壓時，輸出爲正的穩壓值;反之，當輸入信號小於閾值電壓時，輸出爲負的穩壓值。這種比較器也被稱爲同相比較器。而反相比較器則是在輸人大於閾值電壓時，輸出負的穩壓值，在輸入小於閾值電壓時，輸出正的穩壓值。
單限比較器閾值計算
運放就兩個輸入端，反相端接地，則電位爲0，那麼只有同相作輸入端。當Up＞Un時，運放輸出+Uom，當Up＜Un時，運放輸出-Uom，那麼，Un爲0，所以爲過0比較器，閥值電壓就爲0V。
12. 遲滯比較器
參考文章：http://m.elecfans.com/article/639439.html
說白了，就是加正反饋的單限比較器
遲滯比較器是一個具有遲滯迴環傳輸特性的比較器。在反相輸入單門限電壓比較器的基礎上引入正反饋網絡，就組成了具有雙門限值的反相輸入遲滯比較器。由於反饋的作用這種比較器的門限電壓是隨輸出電壓的變化而變化的。它的靈敏度低一些，但抗干擾能力卻大大提高。
單限比較器，如果輸入信號Uin在門限值附近有微小的干擾，則輸出電壓就會產生相應的抖動（起伏）。在電路中引入正反饋可以克服這一缺點。
原理圖
輸出結果：
因爲引入正反饋，所以輸出爲飽和值。（直接拉滿的電壓爲大致爲6v）
分析：
開始：1，7，0這一條路都是0v，隨着，負向輸入是一個10 V/1kHz的正弦波，
隨着正弦波上升超過正向輸入（0v）,此時，輸出端（1位置）直接爲滿（-6v）,此時因爲串聯電阻比例，7位置爲 -2v,又因爲虛斷，正向輸入斷跳變爲-2v。
當正弦波（負向輸入）低於正向輸入（-2v）時，輸出端（1位置）直接爲6v,此時因爲串聯電阻比例，7位置爲 2v,又因爲虛斷，正向輸入又斷跳變爲2v。
於是就如在示波器裏，反覆橫跳 （阪本表示很贊）
總結：
假設U0的飽和值爲Uom
1) ui > U+，輸出爲－Uom，此時，u+=U－。輸入信號由大變小時，小到z比U－小一點時，輸出跳變爲Uom，此時，u+=U+。
ui < U－，輸出爲Uom，此時，u+=U+。輸入信號由小變大時，大到比U+大一點時，輸出跳變爲－Uom，此時，u+=U－。
由上分析可以看出，遲滯比較器有兩個門限電壓。輸入單方向變化試，輸出只跳變一次。輸入由大變小時，對應小的門限電壓；輸入由小變大時，對應大的門限電壓。在兩個門限電壓之間，輸出保持原來的輸出。
傳輸特性
（來自上述文章的圖）
遲滯比較器門限寬度（回差）
U+——上門限，U-——下門限
13. 緩衝放大器
電路：
這個電路很像 反向放大電路 ， 不過它並沒有放大
存在負反饋，所以正向輸入和負向輸入虛短 ，Vo = V，放大倍數 1倍。i
作用
輸入緩衝： 解決與信號源之間的阻抗匹配問題
中間隔離 避免前後級電路相互之間的影響
輸出緩衝驅動 提高電路的負載驅動能力
特點：
1）高輸入阻抗
2) 低輸出阻抗
3) 輸入輸出電壓相等
0x03 總結
本文簡單講解了運放的基礎，很多具體的數值還是沒有管，下一篇，會複習一些寄基礎元件（三極管啥的），會複習一下仿真的使用（示波器，信號發生器啥的）。