运放电路设计

说到运放，是离不开共模、差模、虚短、虚断这些概念的。 大家可以想一下运放是怎么设计出来的。

我们想下前面提到的电流源，就是将电压信号转为电流源。 然后电流源串一个大电阻，就得到一个电压。 这中间的电流源起到中转的作用。 运放内部就是利用三极管对电流源进行控制的。 运放内部设计思想也是通过这种思路一步一步演变来的。

总结下运放设计思想的三部曲吧：

1.电压转为电流。把输入信号电压差转为电流差，然后进行电流差放大。

2.电流转为电压。放大电压。

3.输出。功率放大，电流电压均放大。

电压转为电流，这一步需要进一步来研究。 这个电压就是 Vin，也就是输入电压，那这一步需要共模阻抗十分大。 最好还有电流放大(输入阻抗十分大，输入电流就会非常小，输出高电压的话就需要极大的电阻，设计起来不容易实现)。

我们来讨论下运放第二级的作用。 运放的作用主要就是放大电压，理想的运放是放大无穷倍。 运放放大的是输出对地的幅值，那么，是不是需要把差分电流信号转化为单端对地的电流信号。 由于第一级是两个电压源，因此会有两个电流源。 所以我们要将电流差转为一个对地的电流源。 然后，这个对地的电流源再经过电阻就会输出一个对地的电压了。 只有电流大，电阻值大，电压输出才能很大。 这样这一级的任务算是完成了。

继续仔细想一下，电压输出很高的原因是由于电流经过了大电阻。 幅值虽然是高了，但驱动电流会降低。 因为内阻极大，导致没有了输出能力。 这样的话基本是用不了的。 为了增加驱动能力我们应该怎么处理下呢? 我们能想到了什么器件? 没错，三极管。 它是一个电流器件，可以放大电流。 问题是又想放大电流，又不能降低幅值，所以三极管应该选择电压跟随器的接法。

电流放大了也会带来新的问题，输出不能被短路，电流增大就意味这电阻变小，短路的会很大可能会烧毁器件。 相对于需要上拉输出的比较器，内阻就很大，即使是上拉电阻的阻值也很大，所以比较器是不害怕短路的，即使短路电流也不会很大。 运放就不一样了，很怕输出短路，所以我们还要设计一个输出短路保护。 这样即使使用时不注意短接了，也不至于烧毁器件，可以减少必要的麻烦。

那短路了我们应该怎么做呢? 我们怎么知道是短路呢? 有什么判断条件呢? 既然短路，那肯定电流不会小吧，我们可以采样输出电流。 可以串联一个固定小阻值的电阻，根据电阻上的压降判断电流。 只要电流大于某个值时关断输出，是不是就可以实现输出保护了。 接下来我们一步步的实现这些想法。

我们来看下运放的第一级：

运放第一级

上面这图就实现了，差分小信号——差分小电流-—放大的差分电流信号。 由于阻抗无穷大，所以等效的差分电流极小。 为了更好的控制，所以需要放大差分电流。