部分工程師強(qiáng)調(diào)理想運(yùn)放的增益無窮大，分析運(yùn)放，首先注意虛斷和虛短，忽略了共模抑制比、失調(diào)電壓、偏置電流等一些較為重要的概念。

一、運(yùn)放輸入模型

按照運(yùn)放模型，比較全面的梳理出運(yùn)放的基本模型：就是差模信號(hào)和共模信號(hào)的疊加。

二、虛短概念

理想運(yùn)放要注意虛斷和虛短。運(yùn)放的同相端輸入和反相端輸入相等。



理想運(yùn)放開環(huán)增益無窮大，實(shí)際略小，大部分在100dB(100000)倍左右，按這個(gè)增益，要讓輸出變化3V，同相反相輸入端只需30UV的壓差即可，如果加上紋波、噪聲等干擾信號(hào)，同相反相端基本上無變化。引入反饋，做閉環(huán)，同相反相端的電壓差忽略不計(jì)。

三、差模輸入和共模輸入

在應(yīng)用中，運(yùn)放可以輸入差模信號(hào)，也可以輸入共模信號(hào)，共模信號(hào)大部分來自噪聲，最核心的愿景是：共模被抵消，差模被放大。

四、輸入電壓范圍(Vin或Vcm)

運(yùn)算放大器輸入范圍比較復(fù)雜，理論上來講，同相端和反相端模擬輸入在電源的正軌到負(fù)軌之間都能滿足，運(yùn)放的上下管大致對(duì)稱，大部分時(shí)間，取運(yùn)放的共模輸入電壓Vcm為1/2 Vdd。這樣，運(yùn)放主要工作在線性區(qū)。

五、小信號(hào)檢測(cè)方法

運(yùn)算放大器用來做電流小信號(hào)采集時(shí)，往往會(huì)面臨信號(hào)該如何采集、是采用高邊電流檢測(cè)還是采用低邊電流檢測(cè)的問題。

六、差分放大器介紹

由于傳感器信號(hào)主要是通過施加電壓差做為輸出，信號(hào)的差值電壓很小，而且會(huì)產(chǎn)生布局布線引起的EMI和共模干擾、溫度漂移等問題。把運(yùn)放的同相端和反相端當(dāng)做車廂，只要傳感器信號(hào)給定在這中間，相對(duì)的干擾就會(huì)小很多。傳感器的信號(hào)存在壓差，避免運(yùn)放異常飽和，引入差分放大器。



基于成本考慮，行業(yè)之內(nèi)，大部分設(shè)計(jì)還會(huì)采用普通運(yùn)放，基于減法器的模型，搭建一個(gè)差動(dòng)放大器。



差分放大器的原理就像照鏡子，物理學(xué)上的說法稱作鏡像，講究對(duì)稱和平衡，只有做到兩邊一模一樣，效果才會(huì)最佳。為了這個(gè)目的，工程師就需要在模擬前端做阻抗匹配。而由于各點(diǎn)參考源不同，阻抗又有誤差，完全阻抗匹配往往非常困難。下圖是一個(gè)經(jīng)典的差分運(yùn)放，通過輸出靜默電壓Uoz，用KCL去求解同相輸入和反相輸入阻抗，結(jié)果差異很大。

下面介紹一下確定上圖中各電阻的值的方法：首先，按照鏡像原理，偏置電流也按照相同的倍數(shù)放大，即可求出4個(gè)電阻之間的關(guān)系；確定R1則需要查運(yùn)放的幾個(gè)限制條件，阻值需滿足：大于瞬時(shí)輸出電壓/最大輸出電流、小于輸入失調(diào)電壓/輸入偏置電流，還要注意熱噪聲影響等等。

七、儀表放大器介紹

差分放大器能處理大部分模擬前端，但由于系統(tǒng)輸入阻抗有限，需要加入復(fù)雜的匹配電路。當(dāng)外圍電阻精度和PCB線路阻抗，會(huì)產(chǎn)生新的問題。為了解決差分運(yùn)放輸入阻抗較低等問題，各大廠家做了很多優(yōu)化，有的就采用如下圖的雙運(yùn)放方法來實(shí)現(xiàn)儀表放大。

雙運(yùn)放有兩個(gè)弱點(diǎn)：不支持單位增益、不同頻率的共模抑制比較差。于是眾多廠商采用三運(yùn)放方法。不少大廠推出的儀表放大器，也都是基于三運(yùn)放原理來實(shí)現(xiàn)的。

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