差分-运放-运算放大器

运算放大器的基本原理
运算放大器(Operational Amplifier,简称OP、OPA、OPAMP)是一种直流耦合﹐差模(差动模式)输入、通常为单端输出(Differential-in, single-ended output)的高增益(gain)电压放大器，因为刚开始主要用于加法，乘法等运算电路中，因而得名。

一个理想的运算放大器必须具备下列特性：无限大的输入阻抗、等于零的输出阻抗、无限大的开回路增益、无限大的共模排斥比的部分、无限大的频宽。

最基本的运算放大器如图1-1。

一个运算放大器模组一般包括一个正输入端(OP_P)、一个负输入端(OP_N)和一个输出端(OP_O)。

 通常使用运算放大器时，会将其输出端与其反相输入端(inverting input node)连接，形成一负反馈(negative feedback)组态。

原因是运算放大器的电压增益非常大，范围从数百至数万倍不等，使用负反馈方可保证电路的稳定运作。

但是这并不代表运算放大器不能连接成正回馈(positive feedback)，相反地，在很多需要产生震荡讯号的系统中，正回馈组态的运算放大器是很常见的组成元件。

 开环回路运算放大器如图1-2。

当一个理想运算放大器采用开回路的方式工作时，其输出与输入电压的关系式如下：
 Vout = ( V+ -V-) * Aog。

全差分运算放大器设计全差分运放（Fully-Differential Amplifier，简称FDA）是一种特殊的运放，它具有两个差动输入和两个差动输出。

全差分运放具有许多优点，包括良好的共模抑制和电源抑制比，适用于高精度传感器信号放大、功率放大和模拟信号处理等领域。

在这篇文章中，我将介绍全差分运放的设计原理和步骤。

首先，我们需要确定设计的要求和规范。

这包括增益要求、带宽要求、电源电压和输入输出电阻等参数。

根据这些要求，我们可以选择合适的运放器件和电路拓扑。

全差分运放的常见电路拓扑有两级差分放大器、共射共源放大器和增益交换放大器等。

在这里，我们以两级差分放大器为例进行设计。

第一步是选择运放器件。

我们需要根据设计要求选择适合的运放器件，可以根据其增益带宽积、供电电压范围和失调电流等参数进行选择。

一般来说，我们可以选择低失调电流、高增益带宽积和低电压噪声的器件。

第二步是确定电路拓扑。

在两级差分放大器中，第一级是差分放大器，第二级是共射共源放大器。

差分放大器的作用是提供高输入阻抗和共模抑制比，共射共源放大器的作用是提供电流放大和驱动能力。

由于这两级放大器要分别满足不同的要求，我们可以选择不同的放大倍数和器件参数来优化电路性能。

第三步是确定偏置电路。

偏置电路的作用是提供恒定的工作电流，这可以通过电流源和电阻网络来实现。

偏置电流的选择要根据运放器件的要求和特点，可以使用恒流源或电流反馈等方法来实现。

第四步是确定反馈电路。

反馈电路的作用是控制放大倍数和增益稳定性，可以使用电阻、电容或者电流源等元件来实现。

选择适当的反馈方式可以减小失调电压和非线性，提高性能。

第五步是进行电路仿真和优化。

通过电路仿真，我们可以验证设计的性能和满足要求。

优化可以通过调整电路参数和进行迭代仿真来实现，以达到设计要求。

第六步是进行电路布局和线路板设计。

在设计布局时，要注意分离放大器电路和干扰源，减少电源和信号线的串扰。

线路板设计要保证差分信号走线的对称性和阻抗匹配，以提高传输性能。

运算放大器的计算-差分运放
摘要：
I.运算放大器的概述
- 什么是运算放大器
- 运算放大器的基本构成
II.差分运放的概述
- 什么是差分运放
- 差分运放的构成和原理
III.差分运放的特性
- 差分运放的输入和输出特性
- 差分运放的频率响应特性
IV.差分运放的典型应用
- 差分运放在音频处理中的应用
- 差分运放在通信系统中的应用
V.差分运放的优缺点
- 差分运放的优点
- 差分运放的缺点
VI.结论
- 对差分运放的总结和展望
正文：
运算放大器是一种电子电路,可以将两个输入信号的差值放大,并输出放大的
结果。

运算放大器广泛应用于各种电子设备和系统中,例如音频放大器、滤波器、振荡器、信号处理器等。

差分运放是运算放大器的一种,具有两个输入端和一个输出端,可以用于放大两个输入信号之间的差值。

运算放大器（英语：Operational Amplifier，简称OP、OPA、OPAMP、运放）是一种直流耦合，差模（差动模式）输入、通常为单端输出（Differential-in, single-ended output）的高增益（gain）电压放大器，因为刚开始主要用于加法，减法等模擬运算电路中，因而得名。

通常使用运算放大器时，会将其输出端与其反相输入端（inverting input node）连接，形成一负反馈（negative feedback）组态。

原因是运算放大器的电压增益非常大，范围从数百至数万倍不等，使用负反馈方可保证电路的稳定运作。

但是这并不代表运算放大器不能连接成正反馈（positive feedback）组态，相反地，在很多需要产生震荡信号的系统中，正反馈组态的运算放大器是很常见的组成元件。

运算放大器有许多的规格参数，例如：低频增益、单位增益频率（unity-gain frequency）、相位边限（phase margin）、功耗、输出摆幅、共模抑制比（common-mode rejection ratio）、电源抑制比（PSRR，power-supply rejection ratio）、共模输入范围（input common mode range）、电压摆动率（slew rate）、输入偏移电压（input offset voltage，又译：失调电压）、还有噪声等。

目前运算放大器广泛应用于家电，工业以及科学仪器领域。

一般用途的集成电路运算放大器售价不到一美元，而现在运算放大器的设计已经非常可靠，输出端可以直接短路到系统的接地端（ground）而不至于被短路电流（short-circuit current）破坏。

目录[隐藏]∙ 1 运算放大器的历史∙ 2 运算放大器的基础o 2.1 电路符号o 2.2 理想运算放大器的操作原理▪ 2.2.1 开回路组态▪ 2.2.2 负反馈组态▪ 2.2.2.1 反相闭回路放大器▪ 2.2.2.2 非反相闭回路放大器▪ 2.2.3 正反馈组态∙ 3 实际运算放大器的局限o 3.1 直流的非理想问题▪ 3.1.1 有限的开回路增益▪ 3.1.2 有限的输入阻抗▪ 3.1.3 大于零的输出阻抗▪ 3.1.4 大于零的输入偏压电流▪ 3.1.5 大于零的共模增益o 3.2 交流的非理想问题o 3.3 非线性的问题o 3.4 功率损耗的考量∙ 4 在电路设计中的应用∙ 5 直流特性∙ 6 交流特性∙7 运算放大器的应用∙8 741运算放大器的内部结构o8.1 电流镜与偏压电路o8.2 差分输入级o8.3 增益级o8.4 输出级∙9 CMOS运算放大器的内部结构∙10 其他应用∙11 参见∙12 参考资料与附注∙13 外部链接[编辑]运算放大器的历史第一个使用真空管设计的放大器大约在1930年前后完成，这个放大器可以执行加与减的工作。

运算放大器通常称之为" 运放 "，运算放大器是一个非常神奇的东西。

因为，它可以将输入端的电压放大数以万倍。

具体理论的放大倍数是：十万倍~百万倍。

那么之所以叫做是运算放大器是因为最开始的时候，它主要适用于：加法、减法、微分、积分这些模拟运算电路当中。

所以称它为运算放大器。

运算放大器工作原理
运算放大器是具有三个信号输入端子和两个电源端子的器件，在运算放大器当中有两个输入端和一个输出端。

运算放大器还有两个端子，用于器件供电。

如下图所示：
电流永远不会流入或者流出输入端，电流可以流入和流出输出端。

从输出端流出或流出的电流，由运放的供电端提供。

运算放大器把用"+"的值输入的电压值，从"-"输入端的电压相减。

运算放大器会在两个输入电压取这个差值。

并且将它乘以一个非常大的数字，得到一个结果。

也就是在课本当中的时候：输出端电压等于两个输入端的电压之差乘机一个很大的系数K。

比如：正端是0.5V，负端是0.3V的话。

那么就是 (0.5 - 0.3) x 100000 = 20000V。

运算放大器简介运算放大器是运用得非常广泛的一种线性集成电路。

而且种类繁多，在运用方面不但可对微弱信号进行放大，还可做为反相、电压跟随器，可对电信号做加减法运算，所以被称为运算放大器。

不但其他地方应用广泛，在音响方面也使用得最多。

例如前级放大、缓冲，耳机放大器除了有部分使用分立元件，电子管外，绝大部分使用的还是集成运算放大器。

而有时候还会用到稳压电路上，制作高精度的稳压滤波电路。

各种运放由于其内部结构的不同，产生的失真成分也不同，所以音色特点也有一定的区别。

本来我们追求的是高保真，运放应该是失真最低，能真实还原音乐，没有个性的最好。

但是由于要配合其他音响部件如数码音源、后级功放管等如果偏干、偏冷则可搭配音色细腻温暖型的运放，而太过阴柔、偏软的则可搭配音色较冷艳、亮丽的运放，做到与整机配合，取长补短的最佳效果。

所以说并不是选择越贵的运放得到的效果就一定越好，搭配很重要，达到听感上最好才算达到目的。

如果是应用在低电压的模拟滤波电路中，还要选择对低电压工作性能良好的运放种类。

市面上的运放种类不下五六百种，GBW带宽在5M以上的也有三百多种，最高的已达300MHZ，转换速率在5V/us以上的也不下几百种，最高达3000V/us。

以上介绍的几种被音响发烧友们炒得火热的，其实还有大量未被大家熟知的上乘佳品可供选择，大家不必局限于以上几种。

一种运放型号的封装也可分为金封、陶封和塑封，一般来说金封、陶封的质量较好，塑封的品质稍差。

利益的驱使，什么都有假货，运放也不例外，市面上的假货不少，如果想便宜捡好货，那就要慧眼识珠了，不太在行的在购买时就要注意，宁可多花一块几毛，也要到信誉较好的商家去买。

低档运放JRC4558。

这种运放是低档机器使用得最多的。

现在被认为超级烂，因为它的声音过于明亮，毛刺感强，所以比起其他的音响用运放来说是最差劲的一种。

不过它在我国暂时应用得还是比较多的,很多的四、五百元的功放还是选择使用它，因为考虑到成本问题和实际能出的效果,没必要选择质量超过5532以上的运放。

差分运算放大器基本知识(总3页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--一．差分信号的特点：图1 差分信号1.差分信号是一对幅度相同，相位相反的信号。

差分信号会以一个共模信号Vocm为中心，如图1所示。

差分信号包含差模信号和公模信号两个部分，差模与公模的定义分别为：Vdiff=(Vout+-Vout-)/2，Vocm=(Vout++Vout-)/2。

2.差分信号的摆幅是单端信号的两倍。

如图1，绿色表示的是单端信号的摆幅，而蓝色表示的是差分信号的摆幅。

所以在同样电源电压供电条件下，使用差分信号增大了系统的动态范围。

3.差分信号可以抑制共模噪声，提高系统的信噪比。

In a differentialsystem, keeping the transport wires as close as possible to one another makes the noise coupled into the conductors appear as a common-mode voltage. Noise that is common to the power supplies will also appear as a common-mode voltage. Since the differential amplifier rejects common-mode voltages, the system is more immune to external noise.4.差分信号可以抑制偶次谐波，提高系统的总谐波失真性能。

Differential systems provide increased immunity to external noise, reduced even-order harmonics, and twice the dynamic range whencompared to signal-ended system.二．分析差分放大器电路图2.差分放大器电路分析图如图2所示，差分放大电路分析的基本原则与普通运算放大器中虚断虚短原则相同，同时还具有其特有的分析原则：输出的差分信号幅度相同，相位相差180度，以Vocm共模电压为中心对称，差分信号的增益为Gain=RF /RG。

精心整理运算放大器组成的电路五花八门，令人眼花了乱，是模拟电路中学习的重点。

在分析它的工作原理时倘没有抓住核心，往往令人头大。

特搜罗天下运放电路之应用，来个“庖丁解牛”，希望各位从事电路板维修的同行，看完后有所收获。

????遍观所有模拟电子技术的书籍和课程，在介绍运算放大器电路的时候，无非是先给电路来个定性，比如这是一个同向放大器，然后去推导它的输出与输入的关系，然后得出Vo=(1+Rf)Vi，那是一个反向放大器，然后得出Vo=-Rf*Vi……最后学生往往得出这样一个印象：记住公式就可以了！如果我们将电路稍稍变换一下，他们就找不着北了！偶曾经面试过至少100个以上的大专以上学历的电子专业应聘者，结果能将我给出的运算放大器电路分析得一点不错的没有超过10个人！其它专业毕业的更是可想而知了。

???今天，芯片级维修教各位战无不胜的两招，这两招在所有运放电路的教材里都写得明白，就是“虚短”和“虚断”，不过要把它运用得出神入化，就要有较深厚的功底了。

???虚短和虚断的概念???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80dB以上。

而运放的输出电压是有限的，一般在10V～14V。

因此运放的差模输入电压不足1mV，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。

???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。

???在分析运放电路工作原理时，首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、减法器，什么差动输入……暂时忘掉那些输入输出关系的公式……这些东东只会干扰你，让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数，这是设计者要考虑的事情。

全差分运放（Fully Differential Amplifier）是一种基于差分输入和差分输出的放大器电路，能够在差分信号中放大信号同时抑制共模信号。

共模点（Common Mode Point）则是指全差分运放的输入共模电压的值。

在全差分运放器中，共模点是指两个输入端的电压相等时的电压值。

在理想情况下，全差分运放器能够将共模信号进行完全抵消，使其在输出端不产生任何增益。

但在实际电路中，由于器件的不匹配和偏置电流等影响，使得共模信号无法完全抵消，会在输出端产生一定的共模幅度。

当全差分运放器失去共模抑制能力时，通常会出现共模放大（Common-Mode Gain）的情况，即输入的共模电压在输出端产生了有放大的幅度。

共模放大会引入不必要的噪声和失真，影响电路的性能。

为了实现更好的共模抑制性能，可以采取一些措施，如优化差分对输入电路的设计、增加电流源的稳定性和匹配性，以及采用高质量的元件等。

另外，可通过加入补偿电路、调整工作点和增加反馈等方式来提高共模抑制能力和共模稳定性。

总之，共模点是指全差分运放器的输入共模电压值，通过优化电路设计和采取相应措施，可以提高共模抑制性能，减少共模放大现象，提高差分信号的放大效果。