電子學 第八版 Floyd 第十二章.

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1 電子學 第八版 Floyd 第十二章

2 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。

3 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。

4 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。

5 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。

6 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

7 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

8 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

9 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。)

10 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

11 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。

12 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

13 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。

14 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

15 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

16 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。

17 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)

18 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。

19 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。

20 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

21 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)。

22 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)。

23 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

24 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。

25 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 。