概述
运算放大器内部由三个层级组成：输入级、放大级、输出级。
- 输入级： 差分电路。抑制共模信号，放大差模信号。
- 放大级： 共射电路。优点：放大能力很强。缺点：内阻大，输出电流弱。
- 输出级： 推挽电路。电压不变，放大电流。
常用低速双运放LM358，低速四运放LM324，高速单运放LM721（价格较高）
（LM2904其实和LM358是一样的，只不过是工作温度范围不一样）
常用比较器LM239。
offset电压：输出0V时输入端的电压差；输出电压不会超过电源电压。
1、反相比例运算电路
- ui输入增加（+），运放正负端输入（负）差值变大；
- （负）差值变大，运放输出端电压减小（-）；
- 输出端减小的电压通过RF分流将输入的ui同时拉低，导致运放正负端输入（负）差值减小，运放输出端电压降低减小，形成负反馈。
RP称为平衡电阻，通常取： $$R_P = R_1 \parallel R_F$$保证输入端电阻平衡，提高差动电路对称性。
闭环电压放大倍数：$$A_{uf} = -\frac{R_F}{R_1}$$
输入阻抗低
反相器：RF=R1
💡运放负反馈电阻RF越大引入的背景噪声（毛刺）越大。
2、同相比例运算电路
- ui输入增加（+），运放正负端输入（正）差值变大；
- （正）差值变大，运放输出端电压增加（+）；
- 输出端增加的电压通过RF将运放的负输入端电压拉高，导致运放正负端输入差值减小，运放输出端电压增加减小，形成负反馈。
- 平衡电阻：$$R_P = R_1 \parallel R_F$$
- 闭环电压放大倍数：$$A_{uf} = 1 + \frac{R_F}{R_1}$$
- 输入阻抗高
电压跟随器:RF=0
uo = u- = u+ = ui
电压并联负反馈，输入电阻大，输出电阻小。
3、减法运算电路(差动放大电路)
$$
u_0 = \frac{R_2}{R_1}\cdot(u_{i2}-u_{i1})
$$
$$
\frac{u_{i2}\cdot \frac{R_2}{R_1+R_2}-u_{i1}}{R_1} = \frac{u_0-u_{i1}}{R_1+R_2}
$$
$$
\frac{u_{i2}\cdot R_2 - u_{i1}\cdot(R_1+R_2)}{R_1} = u_0 - u_{i1}
$$
$$
u_0 = \frac{u_{i2}\cdot R_2 - u_{i1}R_1 - u_{i1}R_2 + u_{i1}R_1}{R_1} = \frac{R_2}{R_1}\cdot(u_{i2}-u_{i1})
$$
小信号处理电路
4、同相差分输入放大电路(仪表放大电路)
电路由两级放大组成，第一级由运放A1、A2组成同相输入，输入电阻很高，电路结构对称，可抑制零点漂移。
全局法（根据虚短虚断）：
$$
\frac{u_{i1}-u_{i2}}{R_1} = \frac{u_{o1}-u_{o2}}{R_1+2R_2}
$$
$$
u_{o1}-u_{o2} = \left(1+\frac{2R_2}{R_1}\right)(u_{i1}-u_{i2})
$$
第二级由运放A3构成差动放大电路，所以：
$$
u_o = \frac{R_4}{R_3}(u_{o2}-u_{o1}) = -\frac{R_4}{R_3}\left(1+\frac{2R_2}{R_1}\right)(u_{i1}-u_{i2})
$$
💡同相放大输入阻抗高，反相放大输入阻抗低