[经验]

《5大运放电路设计教程带你吃透模电技术》课程第一讲学习体会

白冰洁

2019-6-30 22:55:59

2543 运放电路模拟技术

这两天有幸参与众筹，并开始学习《5大运放电路设计教程带你吃透模电技术》这一课程的“运放电路基础：开环、闭环、反馈和零极点”部分，下面就第一讲的学习，做个小总结。

1.基本运放基本电路介绍

下图是一个基本的运放示意图。其中V+：同相端输入，V-：反相端输入，Vout：输出，Vs+：正向端电源，Vs-：反相端电源

当V+>V-时，输出Vout会偏向Vs+；当V->V+时，输出Vout会偏向Vs-

运放在生产过程中，开环增益大小控制的并不是很好，因此并不适合在开环状态下，单独作为差分运放来实现线性放大。

2. 比较器

在没有负反馈，或者使用正反馈，运放就可以被认为是一个比较器。下图中反相端通过电阻Rg接地（也可以不用电阻），当Vin（同相输入端）为正电压时，Vout就偏向正电源电压，当Vin为负电压是，Vout偏向负电源电压。在输出与输入端没有负反馈，即为工作在开环状态下的比较器。

3.窗口比较器电路：

下图所示为一个经典的窗口比较电路。将两个不同的，但是固定的参考电压，连接到两个比较器不同的输入端，比较器的输出通常为开路输出，不具备驱动能力，需要加上拉电阻RL，来确定输出为高的时候所对应的电平。可将1/3Vcc~2/3Vcc之间成为窗口，输出时高电平状态，在窗口之外，输出为低电平。窗口比较电路经常用来做硬件保护电路。

4.运放实现的窗口比较器电路：

如下图所示，窗口比较电路输出端用二极管实现“与”的功能，只有当两个运放的输出都为低的时候（即输入窗口电压范围之内），LED灯才处于截止的状态；而只要有一个输出为高的时候，就有电流能够驱使三极管导通，点亮LED灯。

将运算放大器用作比较器的原因有技术范畴、也有经济原因，在实际电路设计中，多运放集成的芯片比单运放或单独比较器产生的成本更低。

并不是所有的运放都能用作比较器，运放输入之间会有保护二极管，使用前需要对手册进行仔细查阅。比较器的输入端电压之差很容易大于保护使二极管导通的0.7V，二极管导通后，两个输入端会有电流，进一步改变比较器的参考电压。

一般而言，双极型NPN晶体管运算放大器都有输入钳位。使用横向横向PNP输入晶体管的通用运算放大器一般没有输入钳位二极管。如LM324、LM358、OPA234等。这些放大器通常为单电源类型，意味着能够拥有可以扩展至负电源端的输入电压范围。

一些专用的比较器：

5.LM358和LM393的对比

LM358是双通道运放，而LM393是双通道电压比较器，都采用横向PNP输入结构，393输入结构是差分输入，对单端差分放大输出，紧接着是共射极放大，最后有一个开路级的输出（一个三极管，没有上拉的集电极输出）。358同样是差分放大、单端输出，接着是一级PNP结构和达林顿结构的放大，通过增加输出缓冲结构，提高输出驱动能力。二者电路分别如下图所示：

1.基本运放基本电路介绍

下图是一个基本的运放示意图。其中V+：同相端输入，V-：反相端输入，Vout：输出，Vs+：正向端电源，Vs-：反相端电源

注意358内部有一个补偿电容，具体作用后面介绍。358和393内部结构有共同点和不同点，决定了它们特性参数会有一样的地方和不一样的地方。
最后通过手册对比，了解了二者的主要特性（包括供电电压范围、共模输入电压范围、输入适调电压、输入偏置电流、输入适调电流、差分输入电压等），可以将358用作于比较器。393强调低输出，饱和电压。358强调开环增益，内部补偿等。绝对最大值，指对芯片所施加的最大值。超过规定值，可能会使运放性能下降（如输入电压、差分输入电压，输入电压范围，工作温度等参数），甚至造成不可逆转的损坏。

注意358内部有一个补偿电容，具体作用后面介绍。358和393内部结构有共同点和不同点，决定了它们特性参数会有一样的地方和不一样的地方。

最后通过手册对比，了解了二者的主要特性（包括供电电压范围、共模输入电压范围、输入适调电压、输入偏置电流、输入适调电流、差分输入电压等），可以将358用作于比较器。393强调低输出，饱和电压。358强调开环增益，内部补偿等。绝对最大值，指对芯片所施加的最大值。超过规定值，可能会使运放性能下降（如输入电压、差分输入电压，输入电压范围，工作温度等参数），甚至造成不可逆转的损坏。

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