近乎万能的运算放大器只是神话？

教科书中如此解释：因为增益非常非常高，在这个神奇的求和节点/虚拟接地上从来没有任何显著的电压变化，所以输入电压被精确地转换成与之成比例的电流，而被称为“透过OPA接地”的输出也同样精确。这是一个很诱人的概念，但它并不完全正确。与「所有的求和电流」有关的部份没什么问题，因为OPA的输入电流通常可以忽略不计，即使在频率非常接近f1时也是如此；可以归结为输入电容的量极少。而且，即使是一个适度分流的输入电阻(比如1MΩ)也不算很大问题。

那么，问题出在哪里呢？简单地说，有限的AC开回路增益要求输入端有一定的有限电压，这意味着“虚拟接地”不过是一个节点，在这个节点上，每当输入端有任何变化时，都必定存在一个可能引发问题的适当的电压。为了理解这种观点离理想状态有多遥远，我们不妨考虑一下用于将DAC的输出电流转换为电压的OPA，也就是经典的跨阻抗功能。我们把扩展这个功能的反馈电阻当做RF。现在将运算放大器模拟为一个积分电路(这一步必须做)，并考虑与电流阶跃对应的“虚拟接地”的电压摆幅。一开始，运算放大器的输出保持不变；其初始响应类似斜坡，在放大器执行VOUT = -VIN/sT1运算时出现。在本例中，VIN是什么？它其实就是DAC输出电流阶跃(称为IDAC)乘以反馈电阻RF。在IDAC = 2mA、RF = 5kΩ(最终输出为10V)这种典型示例中，输入阶跃也是10V！

当OPA输出在输入端对整个最终值的“误差电压”进行积分的时候，误差按单纯由单位增益频率决定的速率呈指数下降，即基于T1时间常数。在这段时间内，反向节点远非是一个“虚拟接地”，相反地在本例中电压上升到最高输出值10V，然后回落到接近零。在实际应用中，实际电压会低于这个值，因为输入晶体管总是会发生发射极-基极击穿(在回转期间，DAC也经常会限制电压摆幅)。

有时候，OPA的输入端可能包含一个“二极管盒”(box of diode)，以针对如此大的输入提供保护。有时会在电路板上增加萧特基二极管，以“优化加速”。这种二极管能够改善这种情况吗？嗯，它们肯定可以防止输入二极管因为长时间接触反向偏置(瞬变或持续)导致的beta下降，但实际上它们无法加快运算放大器的稳定，原因很多：现在我们不再采用大误差电压，而是将VIN限制在几百毫伏以内，而且，输出端的dV/dt成比例下降至约原速率的1/20。

输出接地在哪里？

似乎很少有运算放大器用户会关注输出地位于何处。大多数放大器并没有名为“输出地”的接脚。那么，它到底在哪里？使用夏洛克·福尔摩斯(Sherlock Holmes)的排除法，最后发现，它应该是其中一个电源接脚，或者两个都是！事实就是如此。

经典OPA包括一个gm级，然后是一个电流镜，其(单边)电流被积分到芯片电容Cc，通常被称为“HF补偿电容”(HF Compensation Cap)。特征时间常数T1由商Cc/gm(和按这种方式构建的现代滤波器一样)和f1 = gm/2pCc组成。现在，许多OPA都使用所谓的密勒积分器(Miller Integrator)拓扑，在这种拓扑中，这个重要的电容通常连接在一条实际的电源线(在npn实施示例中，通常是VNEG)和输出之间。所以，放大器的AC输出参考电压源实际上就是这条电源线。如果它有噪声，或由于任何原因产生各种其他噪声，所有这些电压都会出现在输出端。

编译：Jenny Liao  责编：Yvonne Geng

(参考原文：Op amp myths by Barrie Gilbert，by Barrie Gilbert)