关于集成电路运算放大器的问题

Question

1.集成电路运算放大器的输入级采用的是差分放大电路，我想问的是差分放大电路的两个输入电源，图见这里（
），vp和vn的符号是否非得一正一负，我这里和模电书里面的模拟集成电路那一章里面的差分式放大电路有点搞不懂，单讲差分式放大电路时，图是这样的（
），两端的输入电源，Vid/2和-Vid/2,让我以为是不是必须得一正一负？如果均为正，一个大一点，一个小一点行吧？是不是只要二者之差不为0就行啊？ 2.“虚短”该怎么理解？为何认为Vp约等于Vn啊？同时既然Vp-Vn与等于0，那么输入电源的电压不就是0吗？但是求解比如说同相放大电路的电压放大倍数，说Vi=Vp，不是应该是Vi=Vp-Vn=0吗？看这个图（
） 3.见这两个图

，其中有Rp的那个，作用何在？能去掉吗？ 另一个图中的R2和R3也能忽略吗？跟Rp的作用不一样吧？ 图较多，谢谢~~
R1‖RF=R2‖R3，作用与第一个图一样。如果不用R2与R3，将会在输入等于零时，输出可能不等于零，输出产生误差。所以在实际电路中不可省。"这句话，能再帮我解一下输入等于零时，输出可能不等于零的情况吗？两端对地电阻不平衡为何会出现这种现象？谢谢

Answer 1

1、差分放大器的输入信号有：差模信号（这是有用信号），还有共模信号（这是有害信号）。当然我们不想要有害的共模信号，但是，在实际的电路中存在这种共模信号。
共模信号的来源：（1）温度变化引起的前级工作点的变化，由直接耦合电路送到后级，对后级来说，就是一个共模信号；
（2）就象你说的，若前面是两个大小不等的正信号，比如，左7mV,右5mV，那么两者差就是总差模信号：2mV，相当于在左有一个+1mV 信号，而在右有一个 -1mV信号；而两者和除以2=6mV，就是共模信号，就是在左还有一个 +6mV，而在右也有一个 +6mV，你看，在左不就是：（+6）+（+1）=7mV，在右，就是： （+6）+（-1）=5mV 了吗？

当然，在学习的时候，为了讲明白，就分别讲输入“纯差模信号”和“纯共模信号”的情况。
而实际是差模与共模共存的。就像你说的：只要两者之差不为零就行。（两者差为零时就只有共模信号而没有差模信号了）

2、这就是对“虚短”的理解了：虚短不是真的短路，如果输入端真的短路，那输出就真的等于零了。在这里，只是说：这两点间的电压极小，但是，由于运算放大器的放大倍数极大，这一个极小乘一个极大，由数学可以知道：是可以等于一个不太大也不太小的值的。
引入虚短是为了便于计算。你看：在这个电路中，ui=up,而up=un(这一步就是由两个输入端虚短而得出）,而un=uo*R1/(R1+R2),
所以ui=uo*R1/(R1+R2),Au=uo/ui=1+R2/R1

3、Rp是为了静态时（这时输入端接着信号源，但是信号电压等于零，就相当于输入端接地）两个输入端子对地平衡，两个端子上的接地电阻应当一样大，要达到这一点，在第一个图上：Rp=R1‖R2，（‖号是并联）
在第二个图上：R1‖RF=R2‖R3，作用与第一个图一样。如果不用R2与R3，将会在输入等于零时，输出可能不等于零，输出产生误差。所以在实际电路中不可省。

补充：你看书上，集成运放有一个性能指标--输入失调电压Uio,是说当输入电压为零时，输出电压Uo并不为零，要想使输出为零，就需要在输入端加一个Uio才能使输出为零。显然，这个Uio是越小越好。但是，它的大小是由输入级差动放大电路的对称性决定的，这个对称性一是要保证在生产时电路要尽可能做得对称，二要在使用时电路的外接元件也要尽量做到对称。这样才能使Uio尽可能小。这样，当输入电压等于零时，才能使输出电压最接近于零。

Answer 2

电工这部分我还没有全学完，但是我目前得理解是：
1.必须是一正一负，因为输入信号一般是正弦波的形式，正弦有正的部分，还有负的部分，因此需要一正一负。
2.虚短的意思是在理想的集成电路运算放大器中Au=∞，这种情况下同相输入端和反相输入端相等，但实际上二者会有差别，因此称虚短。

Answer 3

你的基础课学得比较差。第一问的两个图我没看出来有何不同。差分放大器要的就是抑制共模信号的效果。你说的两个输入信号其实是相同的，只是相位相差180度。这样才能有放大作用。一个是正相输入一个是反相输入。第二问虚短只是相对输入信号而言的。和电源没关系。运放的放大倍数很高，而输出是有限制的，所以输入信号就要限制在很小的幅度内。约等于零吧。这就是虚短的概念。
第三问是为了阻抗平衡用的。