0x00 前言
接上篇，复习过51单片机后，本次来讲述运放的基础，原来以为不能大一就考运放的，关键基础都没学呢，但是我发现我还是太嫩了。博主在此之前从未接触过运放，权当博主的学习笔记吧，如有问题恳请纠正。
参考文章：
https://blog.csdn.net/qq_29350001/article/details/52982870
0x01 了解即可
1. 运放定义
运算放大器（OP Amp常简称为“运放”）是具有很高放大 倍数的电路单元。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成 某种功能模块。由于早期应用于模拟计算机中，用以实现数学 运算，故得名“运算放大器”，此名称一直延续至今。
2. 运放特点
（来自学长的ppt）
3. 运放分类
按集成个数分：单运放 双运放 四运放
（左：单运放 右：双运放）
按制造工艺分
按用途分：
运算放大器 仪表放大器 音频放大器 差分放大器 功率放大器
电流反馈性放大器 高频放大器 宽带放大器 缓冲器
4.运放参数
输入失调电压（Vio）
输入失调电压(Input off set Voltage)，简称Vio，其定义是为使运算放大器输出端为 0V(或接近0V)所需加于两输入端间之补偿电压。理想之运 算放大器其Vio为0V，一般为毫伏级，此参数越小越好。
输入偏置电流（Iib）
偏置电流 （bias current） 就是第 一级放大器输入晶体管的基极直流电流的平均值。此参数 越小越好。
共模电压增益（Avc）
两输入端输入差模电压，输出电 压的变化量与输入电压变化量之比。
共模输入电压范围（Vicm）
这表示运算放大器两输入端 与地之间能加的共模电压的范围。
最大输出电压（Vom）
对于实际运算放大器，若振幅变 大，则输出信号接近正、负电源电压进入饱和状态，出现 失真。在出现失真之前的最大电压称为最大输出电压。
共模抑制比（Kcmr）
差模电压增益Avd与共模电压增益 Avc之比称为共模抑制比。可以表示为KCMR=20lg（Avd/Avc） dB。此值越大越好，但是会随着信号的频率升高而下 降，一般都大于80dB。
电源电压抑制比（Ksvr）
运放的失调电压随电源的变化 率称为电源电压抑制比，若电源变化△VS时失调电压变化 量为△VIo，则Ksvr定义为：KSVR=20lg（△VS/△VIo）dB。此 值越大越好，较小时输出中出现电源噪声。
共模输入电压范围（Vicm）
这表示运算放大器两输入端 与地之间能加的共模电压的范围。
消耗电流（ICC）
这是运算放大器电源端流通用的电 流，随外加电路与电源电压的不同而变化。消耗电流越小 越好，较大时放大器发热增加引起输出直流漂移增大。
转换速率（Slewing Rate,SR）
若输入信号变化块，则输出跟不上输 入的变化速度。SR是表示这种跟踪性能的参数。该值越 大越好，但是该值高的运算放大器其他性能较差。该参数 是指输出电压的变化量与发生这个变化所需时间之比的最 大值。SR通常以V/µs为单位表示。
转换速率也称压摆率，其定义是运放在额定负载及 输入阶跃大信号时输出电压的最大变化率 。
当放大器输出大振幅的高频信号时，转换速率对实际 的带宽起到主要的约束
OPA552的单位增益带宽GBW为12MHz，SR为 24V/μS，用其构成放大倍数为5的反相放大器，其小 信号带宽为12MHz/5=2.4MHz，当输出信号的峰-峰值 为10V时，其
开环带宽BW 单位增益带宽GBW
表示电压增益—频率特 性的参数，单位为MHZ。GB=Aff。（带宽和增益的矛盾！）
okk了解结束，下面来说正事
0x02 运放的基本应用
1. 虚短&&虚断
这篇文章虚短续断写的很详细 https://blog.csdn.net/qq_29350001/article/details/52982870
虚短：由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB以上。 而运放的输出电压是有限的，一般在 10 V～14 V。因此运放的差模输入电压不足1 mV，两输入端近似等 电位，相当于 “短路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。“虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。虚短得出正负输入端等电位的结论。
虚断：由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。因此流入运放输入端的电 流往往不足1uA，远小于输入端外电路的电流。故 通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。“虚断”是指在分析 运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性 称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。虚断得出电流不流入流出放大器输入端，而外端电流相等的结论。
2.反向运放
（来自上篇文章的图）
V+接地，电压为0，因为V+与V-虚短，所以V-也为0，
Vi比V-（0v）高，产生向右的电压，此时的I1为 Vi/R1,
又反向输入端输入电阻很高，虚断，几 乎没有电流注入和流出，所以把R1与R2看成串联。I1 == I2
所以此时的Vout为 -(0+ Vi/R1 x R2） ,整理得 Vout = (-R2/R1)*Vi
3.同向运放
Vi与V-虚短所以 Vi = V-,
虚断，反向输入端没有电流输入输出,所以I2 = Vi / R2
因为R1与R2电流相等。I1 = Vi / R2
此时Vout = Vi + (R1 / R2)Vi,整理得 Vout = (1 + R1 / R2)Vi
4.反向加法器
V+接地，电压为0，因为V+与V-虚短，所以V-也为0，
V1 和 V2 比V-（0v）高，产生向右的电压，此时的I1为 V1/R1, I2为 V2 / R2
又反向输入端输入电阻很高，虚断，几乎没有电流注入和流出，根据节点法 I3 = I1 + I2
则有：V1/R1 + V2/R2 = Vout/R3当R1 == R2 == R3时Vout = V1 + V2
5.正向加法器
V+与V-虚短所以 V- = V1+V2,
虚断，反向输入端没有电流输入输出,所以I4 =V1+V2 / R4
因为R1与R2电流相等。I3 = V1+V2 / R4
此时V+ = (V1 + V2)/2 V- = Vout/2 故 Vout = V1 + V2
6. 减法器
图五由虚断知，通过R1的电流等于通过R2的电流，同理通过R4的电流等于R3的电流，故有 (V2 – V+)/R1 = V+/R2 ……a (V1 – V-)/R4 = (V- - Vout)/R3 ……b 如果R1=R2， 则V+ = V2/2 ……c 如果R3=R4， 则V- = (Vout + V1)/2 ……d 由虚短知 V+ = V- ……e 所以 Vout=V2-V1 这就是传说中的减法器了。
7. 积分电路
积分电路可将矩阵脉冲波转换为锯齿波或三角波，还可将锯齿波转换为抛物波。电路的原理很简单，都是基于电容的冲放电原理，这里就不详细说了，这里要提的是电路的时间常数R*C，构成积分电路的条件是电路的时间常数必须要大于或等于10倍于输入波形的宽度。
图六电路中，由虚短知，反向输入端的电压与同向端相等，由虚断知，通过R1的电流与通过C1的电流相 等。通过R1的电流 i=V1/R1 通过C1的电流i=C*dUc/dt=-C*dVout/dt 所以 Vout=((-1/(R1*C1))∫V1dt 输出电压与输入电压对时间的积分成正比,这就是传说中的积分电路了。若V1为恒定电压U，则上式变换为Vout = -U*t/(R1*C1) t 是时间，则Vout输出电压是一条从0至负电源电压按时间变化的直线。
8. 微分电路
微分电路可把矩形波转换为尖脉冲波，此电路的输出波形只反映输入波形的突变部分，即只有输入波形发生突变的瞬间才有输出。
其实就是积分电路反过来。
9. 有源低通滤波器
原理图
可以看出来，红圈中是一个同向放大电路，发大比的 8 +1 =9倍
小拓展 --有源滤波器
高通滤波器
文氏滤波器
二阶滤波器
10. 正弦波振荡器
正弦波振荡器是在只有直流供电、不外加输入信号的条件下产生正弦波信号的电路，通常由放大器、带选频特性的正反馈回路和自动稳幅电路组成。
原理图：
整体来看，就是个放大电路连了一个选频网络（篮圈），在放大电路的反馈电路上加了一个二极管双向稳压（红圈）
篮圈：
绿圈是个低通滤波器
橙圈是个谐振电路
11.单限比较器
参考文章：http://www.elecfans.com/d/639791.html
电压比较器是一种能用不同的输出电平表示两个输人电压大小的电路。利用不加反馈或加正反馈时工作于非线性状态的运放即可构成电压比较器。的应用。常见的电压比较器有单限比较器、滞回比较器和窗口比较器等。其中，单限比较器灵敏度较高，但抗干扰能力较差，而滞回比较器则相反。
原理图
输出结果：
分析：
在原理图中，负向输入是直流电 3v；同向输入是一个10 V/1kHz的正弦波，
当正弦波小于 3v 时，输出端为负，在双向二极管的限制下，输出为负的稳压值；
当正弦波大于 3v 时，输出端为正，在双向二极管的限制下，输出为正的稳压值；
总结
1、电压比较器的工作原理很简单：正相输入端的电位高于反相输入端，输出高电平；反相输入端的电位高于正相输入端，输出低电平。
2、当反向输入端电位为固定值，正向输入端为比较端；正向输入端为固定值时，反向输入端就是比较端了。比较器的输出电平，符合上述规律。
当输人信号大于阈值电压时，输出为正的稳压值;反之，当输入信号小于阈值电压时，输出为负的稳压值。这种比较器也被称为同相比较器。而反相比较器则是在输人大于阈值电压时，输出负的稳压值，在输入小于阈值电压时，输出正的稳压值。
单限比较器阈值计算
运放就两个输入端，反相端接地，则电位为0，那么只有同相作输入端。当Up＞Un时，运放输出+Uom，当Up＜Un时，运放输出-Uom，那么，Un为0，所以为过0比较器，阀值电压就为0V。
12. 迟滞比较器
参考文章：http://m.elecfans.com/article/639439.html
说白了，就是加正反馈的单限比较器
迟滞比较器是一个具有迟滞回环传输特性的比较器。在反相输入单门限电压比较器的基础上引入正反馈网络，就组成了具有双门限值的反相输入迟滞比较器。由于反馈的作用这种比较器的门限电压是随输出电压的变化而变化的。它的灵敏度低一些，但抗干扰能力却大大提高。
单限比较器，如果输入信号Uin在门限值附近有微小的干扰，则输出电压就会产生相应的抖动（起伏）。在电路中引入正反馈可以克服这一缺点。
原理图
输出结果：
因为引入正反馈，所以输出为饱和值。（直接拉满的电压为大致为6v）
分析：
开始：1，7，0这一条路都是0v，随着，负向输入是一个10 V/1kHz的正弦波，
随着正弦波上升超过正向输入（0v）,此时，输出端（1位置）直接为满（-6v）,此时因为串联电阻比例，7位置为 -2v,又因为虚断，正向输入断跳变为-2v。
当正弦波（负向输入）低于正向输入（-2v）时，输出端（1位置）直接为6v,此时因为串联电阻比例，7位置为 2v,又因为虚断，正向输入又断跳变为2v。
于是就如在示波器里，反复横跳 （阪本表示很赞）
总结：
假设U0的饱和值为Uom
1) ui > U+，输出为－Uom，此时，u+=U－。输入信号由大变小时，小到z比U－小一点时，输出跳变为Uom，此时，u+=U+。
ui < U－，输出为Uom，此时，u+=U+。输入信号由小变大时，大到比U+大一点时，输出跳变为－Uom，此时，u+=U－。
由上分析可以看出，迟滞比较器有两个门限电压。输入单方向变化试，输出只跳变一次。输入由大变小时，对应小的门限电压；输入由小变大时，对应大的门限电压。在两个门限电压之间，输出保持原来的输出。
传输特性
（来自上述文章的图）
迟滞比较器门限宽度（回差）
U+——上门限，U-——下门限
13. 缓冲放大器
电路：
这个电路很像 反向放大电路 ， 不过它并没有放大
存在负反馈，所以正向输入和负向输入虚短 ，Vo = V，放大倍数 1倍。i
作用
输入缓冲： 解决与信号源之间的阻抗匹配问题
中间隔离 避免前后级电路相互之间的影响
输出缓冲驱动 提高电路的负载驱动能力
特点：
1）高输入阻抗
2) 低输出阻抗
3) 输入输出电压相等
0x03 总结
本文简单讲解了运放的基础，很多具体的数值还是没有管，下一篇，会复习一些寄基础元件（三极管啥的），会复习一下仿真的使用（示波器，信号发生器啥的）。