電子學 第八版 Floyd 第十二章

摘要 運算放大器 運算放大器 (op-amp)是一種有超高增益、差動輸入的直流耦合放大器。其中一個輸入端稱為反相輸入(-)；另外一端稱為非反相輸入。通常都只有單一的輸出。 大部份的運算放大器運作在正及負的供應電壓，電路圖符號的供應電壓不見得會標示出來。

摘要 理想的運算放大器 理想運算放大器其特性可以簡化運算放大器的電路分析。理想的情況下，運算放大器有無限大的電壓增益、無限大的頻寬、以及無限大的輸入阻抗。另外，理想的運算放大器輸出阻抗為零。

摘要 實際的運算放大器 實際的運算放大器有些特性經常可以在某些情況下視為理想，但還是無法真正達到理想的特性。除了有限的增益、頻寬、以及輸入阻抗之外，它們還有其他的限制。

摘要 方塊圖 標準的運算放大器內部有一個差動輸入、一個電壓放大器、以及一個推挽式輸出。回想在 6-7節的討論，差動放大器放大兩個輸入之間的差值。

摘要 訊號的模式 輸入的訊號能夠以差動模式或是共模模式加到運算放大器上。 差動模式訊號的輸入為單端(一個端點接地)或雙端(相反相位的輸入)。 差動訊號

摘要 訊號的模式 輸入訊號可以加在一個差動模式或共模模式的運算放大器上。 共模訊號是將相同相位的訊號加在兩個端點。 通常，共模模式訊號都是不想要的訊號源，而且此訊號源對兩個輸入端的影響一樣。結果 就是，基本上它們兩個在輸出端彼此抵消。 共模訊號

摘要 共模拒斥比 一個放大器放大差動訊號以及排斥共模訊號的能力稱為 共模拒斥比(CMRR)。 共模拒斥比定義為 其中 Aol 是開環路差動增益，Acm 是共模增益。 共模拒斥比也可以用分貝來表示

摘要 共模拒斥比 例題： 對一個典型的 741C 運算放大器，其共模拒斥比為何？用分貝來表示。 解答 90 dB (最少指定的共模拒斥比為 70 dB。)

摘要 電壓及電流參數 VO(p-p)： 最大輸出電壓擺幅由運算放大器及電源供應的 電壓來決定 VOS：輸入抵補電壓是使輸出電壓為零伏特的直流輸入 電壓差 IBIAS：輸入偏壓電流是差動放大器所 需偏壓的兩個直流電流的平均值 IOS：輸入抵補電流是兩個直流偏壓 電流之差值

摘要 阻抗參數 ZIN(d)：差動輸入阻抗是輸入端之間的 總電阻值 ZIN(cm)：共模輸入阻抗是各別輸入端到 地的電阻值 Zout：輸出阻抗是從電路輸出看到的電 阻值。

摘要 其他參數 轉動率(Slew Rate)：轉動率是輸出電壓對應於步級式輸入電壓最大的改變率 例題： 解答： = 6 V/ms 決定右圖輸出對應於步級式輸入的轉動率。 解答： = 6 V/ms

摘要 負回授 負回授是指一部份輸出訊號回到輸入的過程。其相位與輸入訊號相反。 負回授的好處是可以預設精確的放大器增益值。另外，頻寬以及輸入和輸出阻抗可以控制。

摘要 非反相放大器 非反相放大器是將訊號接到非反相輸入端，而一部份的輸出返回到反相輸入端的電路型態。 回授迫使 Vf 等於 Vin，因此 Vin 跨在 Ri 上。藉由基本代數，你可以証明非反相放大器閉環路的增益是

摘要 非反相放大器 例題： 試求如圖非反相放大器的增益值。 解答： = 25.8

摘要 非反相放大器 非反相放大器的一種特殊電路是 Rf = 0 及 Ri = ∞。這樣形成了一個電壓隨耦器或是增益為 1 的緩衝器。 電壓隨耦器的輸入阻抗 極高，是一個很好的隔離電路，可以避免前後電路的「負載」效應。

摘要 反相放大器 反相放大器是一個非反相輸入接地，輸出訊號經由一個電阻回到反相輸入的電路型態。 回授迫使兩個輸入幾乎相同；因此反相輸入非常接近 0 V。反相 放大器的閉環路增益為 0 V (虛接地)

摘要 反相放大器 例題： 試求如圖反相放大器增益值。 解答： = -24.8 負號代表相位相反。

摘要 阻抗 非反相放大器： 反相放大器： 通常假設為 ∞ 通常假設為 0 通常假設為 Ri 通常假設為 0 值得注意的是兩個放大器的輸出阻抗有相同的型式。

摘要 偏壓電流補償 對於一個有 BJT 輸入級的運算放大器，其偏壓電流會產生一個小的輸出誤差電壓。彌補的方法是在輸入端加上一個大小等於 Ri||Rf 的電阻。 非反相放大器 反相放大器

摘要 頻寬限制 許多運算放大器都有一個下降率，由單一的低通 RC 電路來決定，定值的 -20 dB/decade 數值一直下降到單位增益。 有這種特性的運算放大器稱為補償型 運算放大器。藍色線代表運算放大器開環路頻率 特性(波德圖)。

摘要 頻寬限制 一個有 -20 dB/decade 開環路增益運算放大器，其閉環路臨界頻率 為 fc(cl) = fc(ol)(1 + BAol(mid )) 閉環路的臨界頻率比開環路的臨界頻率高出(1 + BAol(mid))倍。 這代表了你可以有個較高的頻寬但較少的增益。因為一個補償型的運算放大器， Acl f(cl) = Aol fc(ol)。

摘要 頻寬限制 等式 Acl f(cl) = Aol fc(ol) 說明了增益與頻寬的乘積是固定值。 增益頻寬的乘積也等於單位增益頻率。換句話說， fT = Acl fc(cl)， 其中 fT 是單位增益頻寬。 例題： 741C 運算放大器的 fT 為 1 MHz。求放大器的頻寬？ 解答： 38.8 kHz

選擇重要詞彙 運算放大器(Operational amplifier ) 差動模式(Differential mode) 共模(Common mode) 放大器的一種，有非常高的電壓增益，非常高的輸入阻抗，非常低的輸出阻抗，以及好的拒斥共模訊號。 運算放大器的一個模式，兩個相反極性的訊號電壓加諸在兩個輸入(雙端)，或是一個訊號接到輸入，另一個輸入接地(單端)。 一樣的訊號加諸於兩個輸入端的模式。

選擇重要詞彙 開環路電壓增益(Open-loop voltage gain ) 負回授(Negative feedback) 閉環路電壓增益(Closed-loop voltage gain) 增益-頻寬乘積(Gain-bandwidth product) 一個沒有外接回授的運算放大器電壓增益。 一部份輸出訊號回到放大器輸入的過程，其相位與輸入相位剛好相反。 一個有外接回授的運算放大器電壓增益。 一個定值參數，其值總是等於運算放大器開環路增益為 1 時的頻率 。