运算放大器的几个容易忽略的问题
1：正向放大器和反向放大器除过放大倍数的计算不一样外，还有其他不同吗？在不计较正反向的前提下，选哪种好对信号质量一点。
2：在放大倍数一定的情况下，电阻的值的大小有无严格规定，阻值的大与小有关系吗？
比方说：放大倍数k=r1/r2，r1=100k，r2=10k和r1=10k，r2=1k，虽然k 相同，但电阻不同，效果有什么不同呢？
3：我要用到6级运放，是用一个4运放（lm324）和2运放（lm358），还是用3个2运放（lm358）。
ANSWER:以上问题涉及精密运算等问题.1,关于两者的区别:还有输入阻抗,运算电流的流通途径与共模输入电压等不同.同向放大器输入阻抗高,不从前级信号源吸取电流或吸取极少,这是优点;反向比例器则需要运算电流Iop=Vi/Ri,这是缺点.但反向比例器的运算电流只在正负电源和和运放输出端之间流动,不会进入参考地线(实际上,其阻抗并不为零)容易形成信号干扰(直流约十微伏量级或更大,交流甚至达几毫伏量级).而这正是同向放大器不能避免的情况.同向放大器的共模输入电压Vicom=Vi,而运算放大器的CMRR--共模抑制比通常
为:60dB-110dB(@DC-10Hz,并随频率升高而降低),约引入:0.1%-3ppm的运算误差.相比,反向比例器Vicom=0V,没有此误差项.另外,同向放大器的公
式:K=1+Rf/Ri也使运算电阻的选配比较麻烦.因此,在多级比例放大的情况下,在下比较偏爱反向比例器.2,关于运算电阻大小的选择:由于通用运放的典型最大精密输出电流不超过10mA,较大运算电流会造成芯片发热,导致直流零点的漂
移,形成直流运算误差.因此,在要求直流运算精度较高的情况下,控制最大总输出电流,通常不超过3mA.使用反向比例器时,这里需要包括:本级与后级的运算电流;而同向放大器不需要前级负载,减轻了前级的负担.减小运算电流,运算电阻就高.由此引入两个问题:Rf与Cf(杂散分布等效并联电容约:3pF-10pF)的时间常数(如:100K*10pF=0.1uS,不过对LM324这种低速运放的应用,不会有明显影响)会限制信号带宽;还会引入由于Ib 引起的直流误
差:Ibmax*Rf(如:0.1uA*10K=1mV).不过,通过精心匹配补偿(参考ADI 公司的运放相关文献,网站上有)和选择Ib 小的运放,仍能获得较高的运算精度.3,若要求运算精度高,建议单运放封装.以减少多运放内部的热反馈,提高直流精度;若精度许可或有成本或小空间要求,可酌情采用多运放.在电路中发挥重要的作用，其应用已经延伸到汽车电子、通信、消费等各个领域，并将在支持未来技术方面扮演重要角色。在运算放大器的实际应用中，设计工程师经常遇到诸如选型、供电电路设计、偏置电路设计、PCB设计等方面的问题。在电子工程专辑网站举行的《运算放大器应用设计》专题讨论中，圣邦微电子有限公司总裁张世龙先生应邀回答与工程师进行互动。我们也基于此专题讨论，总结出了运算放大器应用设计的几个技巧，以飨读者。传感器+运算放大器+ADC+处理器是运算放大器的典型应用电路，在这种应用中，一个典型的问题是传感器提供的电流非常低，在这种情况下，如何完成信号放大？张世龙指出，对于微弱信号的放大，只用单个放大器难以达到好的效果，必须使用一些较特别的方法和传感器激励手段，而使用同步检测电路结构可以
得到非常好的测量效果。这种同步检测电路类似于锁相放大器结构，包括传感器的方波激励，电流转电压放大器，和同步解调三部分。他表示，需要注意的是电流转电压放大器需选用输入偏置电流极低的运放。另外同步解调需选用双路的SPDT 模拟开关。
另有工程师朋友建议，在运放、电容、电阻的选择和布板时，要特别注意选择高阻抗、低噪声运算和低噪声电阻。有网友对这类问题的解决也进行了补充，如网友“1sword”建议：
1)电路设计时注意平衡的处理，尽量平衡，对于抑制干扰有效，这些在美国国家半导体、BB(已被TI 收购)、ADI等公司关于运放的设计手册中均可以查到。
2)推荐加金属屏蔽罩，将微弱信号部分罩起来(开个小模具)，金属体接电路地，可以大大改善电路抗干扰能力。
3)对于传感器输出的nA 级，选择输入电流pA 级的运放即可。如果对速度没有多大的要求，运放也不贵。仪表放大器当然最好了，就是成本高些。
4)若选用非仪表运放，反馈电阻就不要太大了，M欧级好一些。否则对电阻要求比较高。后级再进行2级放大，中间加入简单的高通电路，抑制50Hz 干扰。在双电源运放在接成单电源电路时，工程师朋友在偏置电压的设置方面会遇到一些两难选择，比如作为偏置的直流电压是用电阻分压好还是接参考电压源好？有的网友建议用参考电压源，理由是精度高，此外还能提供较低的交流旁路，
有的网友建议用电阻，理由是成本低而且方便，对此，张世龙没有特别指出用何种方式，只是强调双电源运放改成单电源电路时，如果采用基准电压的话，效果最好。这种基准电压使系统设计得到最小的噪声和最高的PSRR。但若采用电阻分压方式，必须考虑电源纹波对系统的影响，这种用法噪声比较高，PSRR比较低。
有网友指出，一般压电加速度传感器会接一级电荷放大器来实现电荷——电压转换，可是在传感器动态工作时，电荷放大器的输出电压会有不归零的现象发生，如何解决这个问题？
对此，网友“Frank”分析道，有几种可能性会导致零漂：1)反馈电容ESR 特性不好，随电荷量的变化而变化；2)反馈电容两端未并上电阻，为了放大器的工作稳定，减少零漂，在反馈电容两端并上电阻，形成直流负反馈可以稳定放大器的直流工作点；3)可能挑选的运算放大器的输入阻抗不够高，造成电荷泄露，导致零漂。
网友“camel”和“windman”还从数学分析的角度对造成零漂的原因进行了详细分析，认为除了使干扰源漂移小以外还必须使传感器、缆线电阻要大，运放的开环输入阻抗要高、运放的反馈电阻要小，即反馈电阻的作用是为了防止漂移，稳定直流工作点。但是反馈电阻太小的话，也会影响到放大器的频率下限。所以必须综合考虑！
而嘉宾张世龙则建议，对于电荷放大器输出电压不归零的现象，一般采用如下办法来解决：
1)采用开关电容电路的技巧，使用CDS 采样方式可以有效消除offset 电压；
2)采用同步检测电路结构，可以有效消除offset 电压。
§12.2含运算放大器电路的分析
含运算放大器电路分析的一般方法仍是节点法与回路法，但要充
分注意和利用"虚断"和"虚短"概念。下面举例说明。
例12-2-1试证明图12-2-1(a)电路是一个能将电压源us 转换成电
流源的电源转换器，且i2=us/Rs，即i2只与us,Rs 有关，而与R2无关。
解：根据"虚断"与"虚短"概念有
is=us/Rs
又i2=is=us/Rs
可见负载电流i2与负载电阻R2大小无关，相当于将R2直接接在一个电流值为us/Rs的电流源上，且其值可通过改变us 与Rs 加以调节，其等效电路如图12-2-1(b)所示。
其中L=R2C，称为输入端的等效电感，其等效电路如图12-2-2(b)所示。可见电路中并无电感元件，但我们却得到了一个等效电感。这说明，可以利用运算放大
器的组合电路来实现电感，称为模拟电感或仿真电感。
运算放大器的几个容易忽略的问题
1：正向放大器和反向放大器除过放大倍数的计算不一样外，还有其他不同吗？在不计较正反向的前提下，选哪种好对信号质量一点。
2：在放大倍数一定的情况下，电阻的值的大小有无严格规定，阻值的大与小有关系吗？
比方说：放大倍数k=r1/r2，r1=100k，r2=10k和r1=10k，r2=1k，虽然k 相同，但电阻不同，效果有什么不同呢？
3：我要用到6级运放，是用一个4运放（lm324）和2运放（lm358），还是用3个2运放（lm358）。
ANSWER:以上问题涉及精密运算等问题.1,关于两者的区别:还有输入阻抗,运算电流的流通途径与共模输入电压等不同.同向放大器输入阻抗高,不从前级信号源吸取电流或吸取极少,这是优点;反向比例器则需要运算电流Iop=Vi/Ri,这是缺点.但反向比例器的运算电流只在正负电源和和运放输出端之间流动,不会进入参考地线(实际上,其阻抗并不为零)容易形成信号干扰(直流约十微伏量级或更大,交流甚至达几毫伏量级).而这正是同向放大器不能避免的情况.同向放大器的共模输入电压Vicom=Vi,而运算放大器的CMRR--共模抑制比通常
为:60dB-110dB(@DC-10Hz,并随频率升高而降低),约引入:0.1%-3ppm的运算误差.相比,反向比例器Vicom=0V,没有此误差项.另外,同向放大器的公
式:K=1+Rf/Ri也使运算电阻的选配比较麻烦.因此,在多级比例放大的情况下,在下比较偏爱反向比例器.2,关于运算电阻大小的选择:由于通用运放的典型最大精密输出电流不超过10mA,较大运算电流会造成芯片发热,导致直流零点的漂
移,形成直流运算误差.因此,在要求直流运算精度较高的情况下,控制最大总输出电流,通常不超过3mA.使用反向比例器时,这里需要包括:本级与后级的运算电流;而同向放大器不需要前级负载,减轻了前级的负担.减小运算电流,运算电阻就高.由此引入两个问题:Rf与Cf(杂散分布等效并联电容约:3pF-10pF)的时间常数(如:100K*10pF=0.1uS,不过对LM324这种低速运放的应用,不会有明显影响)会限制信号带宽;还会引入由于Ib 引起的直流误
差:Ibmax*Rf(如:0.1uA*10K=1mV).不过,通过精心匹配补偿(参考ADI 公司的运放相关文献,网站上有)和选择Ib 小的运放,仍能获得较高的运算精度.3,若要求运算精度高,建议单运放封装.以减少多运放内部的热反馈,提高直流精度;若精度许可或有成本或小空间要求,可酌情采用多运放.在电路中发挥重要的作用，其应用已经延伸到汽车电子、通信、消费等各个领域，并将在支持未来技术方面扮演重要角色。在运算放大器的实际应用中，设计工程师经常遇到诸如选型、供电电路设计、偏置电路设计、PCB设计等方面的问题。在电子工程专辑网站举行的《运算放大器应用设计》专题讨论中，圣邦微电子有限公司总裁张世龙先生应邀回答与工程师进行互动。我们也基于此专题讨论，总结出了运算放大器应用设计的几个技巧，以飨读者。传感器+运算放大器+ADC+处理器是运算放大器的典型应用电路，在这种应用中，一个典型的问题是传感器提供的电流非常低，在这种情况下，如何完成信号放大？张世龙指出，对于微弱信号的放大，只用单个放大器难以达到好的效果，必须使用一些较特别的方法和传感器激励手段，而使用同步检测电路结构可以
得到非常好的测量效果。这种同步检测电路类似于锁相放大器结构，包括传感器的方波激励，电流转电压放大器，和同步解调三部分。他表示，需要注意的是电流转电压放大器需选用输入偏置电流极低的运放。另外同步解调需选用双路的SPDT 模拟开关。
另有工程师朋友建议，在运放、电容、电阻的选择和布板时，要特别注意选择高阻抗、低噪声运算和低噪声电阻。有网友对这类问题的解决也进行了补充，如网友“1sword”建议：
1)电路设计时注意平衡的处理，尽量平衡，对于抑制干扰有效，这些在美国国家半导体、BB(已被TI 收购)、ADI等公司关于运放的设计手册中均可以查到。
2)推荐加金属屏蔽罩，将微弱信号部分罩起来(开个小模具)，金属体接电路地，可以大大改善电路抗干扰能力。
3)对于传感器输出的nA 级，选择输入电流pA 级的运放即可。如果对速度没有多大的要求，运放也不贵。仪表放大器当然最好了，就是成本高些。
4)若选用非仪表运放，反馈电阻就不要太大了，M欧级好一些。否则对电阻要求比较高。后级再进行2级放大，中间加入简单的高通电路，抑制50Hz 干扰。在双电源运放在接成单电源电路时，工程师朋友在偏置电压的设置方面会遇到一些两难选择，比如作为偏置的直流电压是用电阻分压好还是接参考电压源好？有的网友建议用参考电压源，理由是精度高，此外还能提供较低的交流旁路，
有的网友建议用电阻，理由是成本低而且方便，对此，张世龙没有特别指出用何种方式，只是强调双电源运放改成单电源电路时，如果采用基准电压的话，效果最好。这种基准电压使系统设计得到最小的噪声和最高的PSRR。但若采用电阻分压方式，必须考虑电源纹波对系统的影响，这种用法噪声比较高，PSRR比较低。
有网友指出，一般压电加速度传感器会接一级电荷放大器来实现电荷——电压转换，可是在传感器动态工作时，电荷放大器的输出电压会有不归零的现象发生，如何解决这个问题？
对此，网友“Frank”分析道，有几种可能性会导致零漂：1)反馈电容ESR 特性不好，随电荷量的变化而变化；2)反馈电容两端未并上电阻，为了放大器的工作稳定，减少零漂，在反馈电容两端并上电阻，形成直流负反馈可以稳定放大器的直流工作点；3)可能挑选的运算放大器的输入阻抗不够高，造成电荷泄露，导致零漂。
网友“camel”和“windman”还从数学分析的角度对造成零漂的原因进行了详细分析，认为除了使干扰源漂移小以外还必须使传感器、缆线电阻要大，运放的开环输入阻抗要高、运放的反馈电阻要小，即反馈电阻的作用是为了防止漂移，稳定直流工作点。但是反馈电阻太小的话，也会影响到放大器的频率下限。所以必须综合考虑！
而嘉宾张世龙则建议，对于电荷放大器输出电压不归零的现象，一般采用如下办法来解决：
1)采用开关电容电路的技巧，使用CDS 采样方式可以有效消除offset 电压；
2)采用同步检测电路结构，可以有效消除offset 电压。
§12.2含运算放大器电路的分析
含运算放大器电路分析的一般方法仍是节点法与回路法，但要充
分注意和利用"虚断"和"虚短"概念。下面举例说明。
例12-2-1试证明图12-2-1(a)电路是一个能将电压源us 转换成电
流源的电源转换器，且i2=us/Rs，即i2只与us,Rs 有关，而与R2无关。
解：根据"虚断"与"虚短"概念有
is=us/Rs
又i2=is=us/Rs
可见负载电流i2与负载电阻R2大小无关，相当于将R2直接接在一个电流值为us/Rs的电流源上，且其值可通过改变us 与Rs 加以调节，其等效电路如图12-2-1(b)所示。
其中L=R2C，称为输入端的等效电感，其等效电路如图12-2-2(b)所示。可见电路中并无电感元件，但我们却得到了一个等效电感。这说明，可以利用运算放大
器的组合电路来实现电感，称为模拟电感或仿真电感。