超全运算放大器设计指南资料.docx
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1、今天主骁从六个方面洋解运算放大器原理、选型、分析及应用电路设计,具体知设点概括如下:运算放大器主要多数解析运放与比较器的破大区别在哪运放电路同相与反向输入调换有哪些情况?如何分析运放也路,具体怎么选择?运算放大器DataShee1.参数详细解析如何处理运放电路设计中的Bug?下面以运放电路分析、选型进行讲解,其他部分不逐一展开.目前市场运放种类繁多,面时不同的使用条件和环境,是否都能选择一样的运放呢?没关系,这是很多电子工程师都会困惑的问题,该如何分析运放电路呢?在学习运放选型前.我们需要先来透测的学习运放电路的内部结构和原理.对于我们来说运富放大器是模拟电路中十分31要的元件,它能组成放大、
2、加法、减法、转换等各种电路,我们可以运用运放的“虚短”和“虚断”来分析电路,然后应用欧姆定律等电流电压关系,即可得输入输出的放大关系等。山干运放的电压放大倍数很大.一般通用型运算放大的开环电乐放大倍数都在HOdB以上.而运放的输出电压毡有限的,一般在1QV14V.因此运放的差模输入电压不足ImV,两输入端近似等电位,相当于“迈跖,开环电压放大倍数越大,两输入端的电位越接近相等,“旌短”是指在分析运算放大器处于线性状态时,可把两输入端视为等电位,这一特性称为虚强短路.简称虚短.显然不能带两输入端真正短路.由于运放的差模输入电阻很大,一般通用型运算放大器的怆入电阻都在IMa以上.因此流入运放输入端
3、的电流往往不足1.u,远小于输入战外电路的电流.故通常可把运放的两输入然视为开路,E1.输入电阻越大,两输入端越接近开路”虚幅”是指在分析运放处于战性状态时,可以把两输入靖视为等效开路.这一特性称为虚假开路,简称虚断,显然不能将两输入湍真正断路.下面本文用虚断和虚断方法来对实际的电路进行分析,如图I所示,是常见的反相比例运募放大电路:图I-I.方向比例运算放大电路在反相放大电路中,信号电压通过电阻R1.加至运放的反相输入堆,输出电压Vo通过反馈电阻Rf反馈到运放的反相输入端,构成电压并联负反馈放大电路,运放的同相端接地=20MHz.6、低功耗型运放低功耗型运放由于电子电路集成化的最大优点是能使
4、复杂电路小型轻便.所以K1.行便携运翼放大器式仪器应用范困的扩大,必须使用低电源电压供电、低功率消耗的运整放大器相适用。常用的运算放大器有T1.4)22CT1.30C等.其工作电压为2V-18V.消耗电流为50-25OmA.目前有的产品功耗已达微瓦覆,例如IC1.76W的供电电源为1.5V.功耗为IOmW.可枭用单节电池供电,SsS30.5110100SOOFrequency(MHz)7、高压大功率蟹运算放火器高大功率型运算放大器的输出电压主要受供电电源的限制.在普通的运算放大器中.输出电压的最大值般仅几十伏.输出电流仅几十厘安,若要提高怡出电压或增大箱出电流,集成运放外部必须要加辅助电路,窗
5、压大电流集成运算放大器外部不衢附加任何电路,即可输出高电压和大电流,例如D41条成运放的电源电压可达IS0V,mA791集成运放的输出电流可达IA.相伯通过上面的介绍,对不同使用条件下是否能使用同一种运放,显然是比较清楚的.实际选择弊成运放时,还应考虑其他因素,例如信号源的性侦,是电压源还是电流源:倒我的性旗.集成运放输出电压和电流的是否湎足要求:环境条件,集成运放允许工作范惕、工作电压范阳、功耗与体积等因素是否满足要求.最后再赠送大家一些评价运放的小羟验,评价集成运放性能的优劣,应看其综合性能.SR为转换率,单位为Vms,其他越大,表明运放的交流特性越好;Iib为运放的输入偏汽电流,单位是n
6、A:VoS为输入失调电压,单位是mVIib和VOS值越小,表明运放的出流特性越好.所以,对于放大仔圾、视频等交流信号的电路,选SR(转换速率)大的运放比较合适:对于处理微弱的直流信号的电路,选用精度比较的高的运放比较合适(既失调电流、失调电压及温飘均比较小).在没有特殊要求的场合,尽量选用通用型集成运放,这样既Ur降低成本.又容易保证货源.当一个系统中使用多个运放时.尽可能选用多运放集成电路,例如I.M324.1.F347等都是将四个运放封奘在起的柒成电路.运算放大器一、运放的分类h按照拓扑分类:电流反馈型(CFB)电压反馈型(VH3)2、按照工艺分类:双极型CMOS型BIMOS型3、按照性能
7、分类:通用运放专用运放二、运放参数:-25XMhOft1.IQYbVc*afVMTB2,E.U人人*“XVn,-4cSC。8z*c三“MVWA1gIGWgA4,g2av*aajT,-4TC.3Po(AM)A.e*MMr*SOOIK1.SWO1.1.0tHf,人tMf0*SKM,(V-1.-1f*fVCMvIaaMtf*Itvv.1i1.M“fras-MC13Ja-4rca(atV,IIAA.YrCBu*xtrJa*.0QSXITMVout同向放大加法电路R2积分电路R2微分电路备注:相关公式可自行查找或拧推导3、运放组成的有源泄波器:按UfX)附近频率特性的特点,可拘泄波器分为巴特沃斯(B1.
8、merWOrth)、切比占夫(Chebyshev)和贝泥尔(BesseI)三种类型,Q值分别为0.707、1、0.56.巴特沃斯沙波器的幅频特性无峰值,在f=Q附近幅频特性曲线为单调战。切比雪夫/波器在f=K)附近极止特件最好,曲线的衰履斜率.最隆.贝塞尔港波渊的过渡特性最好.相频特性无峰(ft.a、Sa1.1.y-Key架构通用拓扑,压控电压源型现,=15.9kHz,Q=0.5c商通R1.cZ0kVTII1.J瓦二220nF220nF&PRzj1.Ok特定的San-Ky高通流波器,0=72Hz,QQ=0.5带通通过VCVS拓扑实现的带通滤波器b、MFB架构,无限增益型文章链接:有源沙波器MF
9、B拓扑低通四、拓展应用1、比较器:a、单限比较器b、滞回比较落c.窗口比较器比较零电路2,020mA采样电路3、电压转电流电路4、电流转电乐电路5、电压转颊率电路6、峥值检测电路运停放大器工作原理,性能参数,分类,选型方法,典型应用电路设计运停放大零(简称“运放”)是具有很高放大倍数的电路单元.在实际电路中,通常结合反馈网络共同组成某种功能模块.它是种带有特殊烟合电路及反馈的放大器.其输出伯号可以是输入信号加、减或修分、枳分等数学运算的结果。由于早期应用于模拟计兑机中用以实现数学运算,因而得名“运算放大器二其中标有“+”号的输入端为“向和箱入端”而不能叫做正端),另一只标有号的输入然为“反相输
10、入端”同样也不能叫做负端.如果先后分别不是同肘从这两个输入端输入同样的信号,则在输出擢公得到电压相同但极性相反的输出信号:输出端输出的信号与同相输入端的信号同相,而与反相输入端的信号反相.2.运算放大器的工作原理压控运算放大器可以简化为:它的工作琼理大概是这样的:输入会有两个电压V+和Vr输入之后就会产生一个电压差Vin,电压差加在输入电阻Rin上面。这里面还有个压控电压源,它会把收到的一个小电压放大G倍(即GVin),然后再通过一个内部的输出电阻R。U1.输出出去,那么就可以得到一个被放大的电乐Vout.(1)带反馈如果输入的两个电压差异比较大,同时不加反馈的话,就会形成一个电压比较.当V+
11、电压V-电压时,由于增益非常大.VOUI则会接近电压的上限,即Vs+。当V+电乐VV-电压时则Vout将会接近电质的下限.即Vs-.(2)不带反馈加上反馈后,输入的电压就会构成一个比较正常的数学关系(加、减或微分、积分,这也是运放呆常见的使用方法。在信反馈的各种电路分析中只需牢记“虚短”和“虚断”这两个柢念.即可通吃:Jftfi运放两个瑜入端(同相怜入端和反向输入瑞)电压相同,相两个修入线加路,UUun=Ui1.,叱断运放输入端辎入电潦为0.认为运放摘入炭开路.即ii2O3.运豫放大器的性能参数共有22条)1 .共根输入电阻(RiNCM)该参数表示运算放大器1:作在线件区时.输入共模电压范阚与
12、该范围内偏置电流的变化岚:之比.2 .直流共模抑SM(CMRDC)该参数用于衡量运算放大器对作用在两个输入端的相同口流信号的抑制能力。3 .交潦共模抑制(CMRAC)CMRAC用于衡收运算放大器对作用在两个输入湘的相同交流怙号的抑制能力,是差模开环增益除以共模开环增益的函数。4 .增益带宽枳(GBW)增益带宽积是一个常fit定义在开坏增益随频率变化的特性曲线中以-2(kiB上倍频程滚降的区域.5 .输入偏冏电流(IB)该参数指运算放火器工作在雄性区时流入输入裁的平均电流.6 .输入偏置电流温漂(TCIB)该参数代衣蚪入俏捏电流在温度变化时产生的变化量.TCIB通常以PArC为单位丧示。7 .输
13、入失调电流(IOS)该参数是指流入两个输入端的电流之差.&输入失网电流温摞(Te1.OS)该参数代表输入失调电流在温度变化时产生的变化玳,TC1.OS通常以pAC为单位表示。9 .差模输入电阻(RIN)该参数表示箱入电压的变化值与相应的怆入电流变化量之比,电压的变化导致电流的变化。在一个输入端测玳时,另一输入战接固定的共模电压.10 .输出阻抗(Zo)该参数是指运算放大JrI:作在线性区时,除出端的内部等效小信号阻抗.11 .输出电压摆陶(Vo)该参数是指输出信号不发生箝位的条件下能盛达到的好大电压挖幅的峥峥值,VO股定义在特定的负载电阻和电源电压卜。12 .功耗(Pd)衣示器件在给定电源电压
14、下所消耗的步态功率,Pd通常定义在空段情况下.13 .电源抑制比(PSRR)该参数用来衡计在电源电压变化时运算放火器保持其输出不变的能力,PSRR通常用电就电压变化时所导致的输入失调电压的变化址表示.14 .转换速的压摆率(SR)该参数是指输出电压的变化啾与发生这个变化所需时间之比的最大值,SR通常以Vs为单位表示,有时也分别表示成正向变化和负向变化.15 .电源电流(ICC、1DD)该参数是在指定电源电压下器件消耗的除态电流.这些参数通常定义在空领情况下.16 .单位增益带宽(BW)该参数指开环增益大于I时运算放大器的最大工作频率。17 .恤入失调电压(VOS)该参数我示使箱出电压为零时需要
15、在怆入湍作用的电压基.18 .输入失调电压温煤(TCVOS)该参数指温度变化引起的输入失词电压的变化,通常以nV/C为单位衣示。19 .驰入电容(C1.N)CIN衣示运算放大涔工作在税性区时任何个输入端的等效电容(多一输入珀接地).20 .输入电压范围(V1.N)该参数指运算放大器正常工作(可获得预期结果)时,所允许的输入电压的范用,VIN通常定义在指定的电源电压下.21 .箱入电压噪声密度(CN)对于运算放大器,输入电压噪声可以看作是连接到任意一个输入堆的申联噪声电压源,cN通常以nV/根号HZ为电位表示,定义在指定领率.22 .都入电流噪声密度(iN)对于运停放大器,输入电流映声可以看作是
16、两个噪声电流源.连接到每个输入地和公共然,通常以PAf根号HZ为单位表示,定义在指定频率,对选型比较重要的一屿参数:1.失调电H;MW定义:为了使输出电压为零,在输入端施加的差分电压,也可以叫补偿电压.影响因素:温度(对应失调电压温漂)、电源波动(对应电源抑制比)影响结果:运算放大涔输出结果同理论值存在偏差,并且由于受i度和电源波动的影响,此误差并不是固定值.注意:为宜流假置.直接会加在输出上,因此如果是交流信号不必过多担心该值,但是衢要考虑是否会加后断过供电电压导致信号失直,当图中输出受到WS影响时:Sbut=1+R2R1)(M)S+Vin)反向放大电路2、失调电流IoS定义;当运放输出直流
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