MDY分享运放小电路（一）

运放是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。它是一种带有特殊耦合电路及反馈的放大器。其输出信号可以是输入信号加、减或微分、积分等数学运算的结果。由于早期应用于模拟计算机中用以实现数学运算，因而得名“运算放大器（简称“运放”）”。 运放的输入级是差分放大电路，具有高输入电阻和抑制零点漂移能力；中间级主要进行电压放大，具有高电压放大倍数；输出极与负载相连，具有带载能力强、低输出电阻特点。运放的应用非常广泛。

    明德扬（简称MDY）研发了多款商用电路板卡。在进行电路设计时，我们经常会使用到运放，在这里给大家分享几个运放常用的小电路。运放使用中要注意几点：输入阻抗由输入电阻器决定，确保该值大于电源的输出阻抗；使用高值电阻器可能会减小电路的相位裕度并在电路中引入额外的噪声；避免将电容负载直接放置在放大器的输出端，以最大程度地减少稳定性问题；大信号性能可能会受到压摆率的限制，应检查数据表中的最大输出摆幅与频率间的关系图，以最大程度地减小转换导致的失真。

1.反相放大电路

图1运放的同向端接GND，反向端和同向端虚短，反向输入端输入电阻很高，虚断，几乎没有电流注入和流出运放，那么R1和R2相当于是串联的，流过R1的电流和流过R2的电流是相同的。流过R1的电流i1 =Vi/R1，流过R2的电流i2 = - Vout/R2，所以可以得到Vout = (-R2/R1)×Vi 。

                           图1反相放大电路原理框图

2. 同相放大电路

图2中V+与V-虚短，则 Vi =V+= V-，因为虚断，反向输入端没有电流输入输出运放，通过R1和R2 的电流相等，设此电流为i，由欧姆定律得：i = Vout/(R1+R2)， Vi等于R2上的分压， 即：Vi = i*R2，所以可以计算出Vout=Vi×(R1+R2)/R2。

                        图2同相放大电路原理框图

3. 电荷灵敏前置放大电路

电荷灵敏前置放大电路基本原理如图3所示。其中，A是放大器的开环增益，C为耦合电容，Rd是探测器偏置电阻，Cf是反馈电容，与之并联的Rf是反馈电阻。为了保证Cf上电荷的积累，一般情况下，Rf为MΩ到GΩ量级。Rf主要有两个作用，一是用于泄放Cf上的电荷，二是产生直流负反馈以稳定放大器直流工作点。探测器与放大器之间的C起到隔直作用，取值为几千个pF量级。当探测器输出Q的电荷量到电荷灵敏前置放大器时，电荷前放输出电压幅度Vout=Q/Cf。式中Q为探测器产生的电荷量。由于有(1+A0)Cf远远大于Ci（探测器等效电容），从而使得电荷前放的增益仅与反馈电容Cf有关，得出电荷灵敏前置放大电路的放大增益为AQ=1/Cf。

                     图 3电荷灵敏前置放大电路原理框图

4．微分电路

图4中由虚断可知，通过电容C1和电阻R1的电流是相等的，由虚短可知，运放同向端与反向端电压是相等的。则：U0 = -i * R1 = -(R1*C1)dV1/dt， 这是一个微分电路。如果Ui是一个突然加入的直流电压，则输出U0对应一个方向与Ui相反的脉冲。电路设计中可以为R1 选择一个较大的电阻，以使C1 的值保持在合理范围内；添加一个与R1 并联的电容器来滤除电路中的高频率噪声； 可以向同相输入施加基准电压，从而设置可支持该电路使用单电源的直流输出电压。

                         图 4微分电路原理框图

5. 同向输入求和放大电路

在同向放大求和电路基础上添加了一个输入支路，就构成了同向输入求和放大电路。如图5所示。因为虚断，运放同向端没有电流流过，则流过R1和R2的电流相等，同理流过R和Rf的电流也相等。故 (V1 – V+)/R1 = (V+ - V2)/R2，(Vout – V-)/Rf = V-/R，由于虚短可知：V+ = V- ，如果R1=R2，R=Rf，则计算出Vout = V1 + V2。

                     图5同向输入求和放大电路原理框图

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