對(duì)于運(yùn)放的一點(diǎn)理解-1

我沒(méi)有上過(guò)大學(xué)，所掌握的知識(shí)都是通過(guò)自學(xué)得到的。高深而抽象的電子學(xué)是比較難以理解、難以掌握的，它不僅需要高深的理論基礎(chǔ)而且需要豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。我的水平是非常有限的，錯(cuò)誤在所難免。請(qǐng)大家批評(píng)，請(qǐng)大家指教。

作為應(yīng)用者來(lái)說(shuō)我們應(yīng)側(cè)重于集成電路的外特性的掌握。希望我們大家共同學(xué)習(xí)、共同進(jìn)步。

黑箱(或黑匣)之理論我想大家都了解，如果把運(yùn)放看作是黑匣的話，那么它是一個(gè)具有五個(gè)端子的器件(做為理論探討的模型)，這五個(gè)端子是(我想大家都很熟悉了)：正電源端、接地端(或負(fù)電源端)、同相輸入端、反向輸入端及信號(hào)輸出端。

集成運(yùn)放的主要技術(shù)指標(biāo)

指標(biāo)是是一種依據(jù)、是一種標(biāo)準(zhǔn)。指標(biāo)說(shuō)明了某個(gè)產(chǎn)品的基本性能，也定義了產(chǎn)品的屬性，因此指標(biāo)是很重要的概念。

運(yùn)放的主要指標(biāo)：

1.開環(huán)電壓增益

它是指不加負(fù)反饋時(shí)運(yùn)放的直流放大倍數(shù)開環(huán)直流增益)。一般來(lái)說(shuō)，此項(xiàng)指標(biāo)都很大以致于將其視為無(wú)窮大，其目的是為了便于理論分析。

2.輸入失調(diào)電壓

當(dāng)輸入信號(hào)等于零時(shí)，運(yùn)放輸出端的電壓稱為輸出失調(diào)電壓。該電壓的大小決定了運(yùn)放的質(zhì)量。需要注意該項(xiàng)指標(biāo)的溫度漂移，即隨溫度的變化而導(dǎo)致的增量。溫漂越小，質(zhì)量越 好。

3.差模輸入阻抗及共模輸入阻抗

差模輸入時(shí)運(yùn)放所呈現(xiàn)的輸入阻抗(在一定的差模輸入電壓幅度范圍內(nèi))稱為差模輸入阻抗。

共模輸入時(shí)運(yùn)放所呈現(xiàn)的輸入阻抗(在一定的共模輸入電壓幅度范圍內(nèi))，稱為共模輸入阻抗。

之所以強(qiáng)調(diào)輸入阻抗(而不用輸入電阻)，是由于實(shí)際中端子的阻抗性質(zhì)都是復(fù)阻抗，即阻抗中包含有電抗分量(感抗或容抗)，因此都是信號(hào)頻率的變量。 輸入電阻(或輸出電阻)是一種特殊情況。

之所以強(qiáng)調(diào)輸入電壓范圍，是因?yàn)楫?dāng)輸入信號(hào)的幅度超出一定的范圍以后，器件將進(jìn)入非線性區(qū)域，這時(shí)候輸入阻抗的性質(zhì)也變成非線性的了，那種“定常”的觀點(diǎn)就不適用了。

不僅如此，器件進(jìn)入非線性區(qū)以后，器件的許多指標(biāo)也成為“非定常”的了。

我自己對(duì)差模輸入電壓的理解是，相對(duì)于一塊面積比較大的接地導(dǎo)體來(lái)說(shuō)，可以將其視為一個(gè)理想的地導(dǎo)體。我對(duì)理想的地導(dǎo)體的理解是，導(dǎo)體各處的電勢(shì)均為零，導(dǎo)體各處的電流均為零。一般我們只關(guān)心導(dǎo)體的表面，即導(dǎo)體表面具有上述的性質(zhì)時(shí)就是理想的導(dǎo)體了。當(dāng)然上述理想的導(dǎo)體平面是不存在的，它是一種理論上的模型，是一種參照。其實(shí)我們還可以這樣想，即從場(chǎng)的角度上去理解地導(dǎo)體。上述理想接地導(dǎo)體平面就其周圍的場(chǎng)的狀態(tài)來(lái)說(shuō)必然也是為零的。各處電勢(shì)為零，和外界沒(méi)有電場(chǎng)的聯(lián)系;各處的電流為零，和外界沒(méi)有磁場(chǎng)的聯(lián)系。因此包圍該接地導(dǎo)體的空間是一個(gè)無(wú)電磁能量的空間。我們也可以用等效的觀點(diǎn)看，地導(dǎo)體表面各處的電勢(shì)不為零，表面各處的電流亦不為零，但是包圍其空間的電磁場(chǎng)能為零(就是說(shuō)地導(dǎo)體周圍沒(méi)有電場(chǎng)、磁場(chǎng))這說(shuō)明外界的電場(chǎng)、磁場(chǎng)作用于地導(dǎo)體，地導(dǎo)體也反作用于外界的電磁場(chǎng)能(符合牛頓作用力與反作用力定律)結(jié)果是在導(dǎo)體的表面激發(fā)出電勢(shì)及電流，它們所激發(fā)的電場(chǎng)及磁場(chǎng)與外界的電場(chǎng)、磁場(chǎng)相互作用互為抵消，使宏觀上地導(dǎo)體周圍的電磁場(chǎng)為零。當(dāng)然這種情況下地導(dǎo)體就不能算作是理想的了。理想的地導(dǎo)體電導(dǎo)率無(wú)窮大(電阻無(wú)窮小)，在任何外界電磁場(chǎng)能量作用下都不會(huì)激發(fā)電勢(shì)及電流。

之所以要強(qiáng)調(diào)“地導(dǎo)體”是因?yàn)樵趯?shí)際問(wèn)題分析、處理中它是非常重要的。

差模輸入信號(hào)是對(duì)地不平衡的輸入信號(hào)。它的基本特點(diǎn)是，IN-端及IN+端都獲得二分之一的輸信號(hào)入電壓，但是它們的相位相反。當(dāng)然這是對(duì)“地”而言的。

順便說(shuō)一下共模輸入信號(hào)，對(duì)地平衡的輸入信號(hào)就稱為共模輸入信號(hào)。即IN-端和IN+端的輸入電壓相等且相位相同。

對(duì)于高輸入阻抗的運(yùn)放來(lái)說(shuō)，如果共模輸入電壓幅度超出一定的范圍，其是不能夠正常工作的。之所以強(qiáng)調(diào)該點(diǎn)，是因?yàn)閷?duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)往往忽略了這點(diǎn)。運(yùn)放在實(shí)際的工作環(huán)境中總是存在比較強(qiáng)的電磁場(chǎng)干擾的，對(duì)于高輸入阻抗的輸入端子來(lái)說(shuō)，是非常容易感應(yīng)外界的干擾電壓的，而這種干擾電壓一般都是以共模信號(hào)的形式存在的。雖然說(shuō)運(yùn)放一般具有很高的共模抑制比(CMRR)，但是那是在一定的共模輸入電壓幅度范圍內(nèi)說(shuō)的，超出了該范圍運(yùn)放的高共模抑制比的特性就不復(fù)存在了，以致于器件不能正常工作。降低端子的輸入阻抗可以有效的減小電場(chǎng)干擾。

4.開環(huán)輸出阻抗及閉環(huán)輸出阻抗

輸出電壓與輸出電流的關(guān)系，稱為輸出阻抗(輸出電流與輸出電壓的關(guān)系，稱為輸出導(dǎo)納)。運(yùn)放在實(shí)際應(yīng)用中總是加有電壓負(fù)反饋，因此閉環(huán)輸出阻抗比開環(huán)輸出阻抗要小的多(在一定的頻率范圍內(nèi)和一定的負(fù)載阻抗時(shí))。

5.正弦及脈沖響應(yīng)

對(duì)于某種實(shí)際的器件來(lái)說(shuō)其個(gè)性是確定的。對(duì)于實(shí)際的運(yùn)放器件來(lái)說(shuō)其特性也是一定的。把運(yùn)放接成電壓跟隨器的形式(單位增益)，如圖所示。

在這里把電路接成了單電源的形式，因此要求正弦激勵(lì)源為理想的單位脈動(dòng)正弦源(輸出電壓的幅度為1，且始終大于或等于零)，脈沖激勵(lì)源為理想的單極性單位脈沖源(脈沖幅度為1，上沿時(shí)間或下沿時(shí)間為零)，負(fù)載電阻為額定值。

我們首先考慮正弦激勵(lì)時(shí)的情況。如上圖所示輸出電壓與輸入電壓應(yīng)該為等幅同相的關(guān)系(在低頻的時(shí)候的確如此)，但是該關(guān)系是隨著信號(hào)的頻率的升高而變化的。隨著信號(hào)頻率的升高不僅輸出信號(hào)的幅度隨之下降，而且失真將隨之增大，這些都表明了器件的固有屬性。如果隨著信號(hào)頻率的升高輸出電壓僅是幅度的減小以及相位移的變化，那么說(shuō)明這種失真是線性失真。如果隨著信號(hào)頻率升高輸出信號(hào)發(fā)生了波形上的畸變，那么就說(shuō)明輸出信號(hào)發(fā)生了非線性失真。顯然，運(yùn)放的線性失真和非線性失真是并存的。

在考慮一下器件的脈沖響應(yīng)。在上述理想脈沖的激勵(lì)下，輸出信號(hào)(響應(yīng)信號(hào))將會(huì)有一定的畸變。輸出信號(hào)將會(huì)發(fā)生延遲時(shí)間、上沿時(shí)間(或上升時(shí)間)、下沿時(shí)間(或下降時(shí)間)及過(guò)沖等，所有這些畸變稱為脈沖響應(yīng)或過(guò)渡過(guò)程，器件的脈沖響應(yīng)(過(guò)渡過(guò)程)反映了器件固有的性質(zhì)。

器件的脈沖響應(yīng)與正弦響應(yīng)是分別是從時(shí)域和頻域兩個(gè)角度對(duì)器件的測(cè)試，目的是為了掌握器件的固有特性。時(shí)域與頻域在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)換(如傅里葉變換)，說(shuō)明它們是矛盾的統(tǒng)一體，是對(duì)一個(gè)問(wèn)題的兩種理解，然而本質(zhì)上時(shí)域與頻域是統(tǒng)一的。

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