《模擬電子設(shè)計(jì)技術(shù)運(yùn)算放大器》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《模擬電子設(shè)計(jì)技術(shù)運(yùn)算放大器（46頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,模擬電子設(shè)計(jì)技術(shù)運(yùn)算放大器應(yīng)用設(shè)計(jì),韶關(guān)學(xué)院電子系,運(yùn)算放大器及其基本應(yīng)用,運(yùn)算放大器是一種高增益多級(jí)直接耦合放大器,1 運(yùn)算放大器的基本特性,輸入偏置電流I,IB,:表示了運(yùn)放輸入端正常工作時(shí)需提供的偏置電流，它的大小間接反映了運(yùn)放芯片的輸入電阻。,I,IB,愈小，輸入電阻愈大，芯片的溫漂和運(yùn)算精度愈高。理想運(yùn)放為0。,輸入失調(diào)電壓V,IO,:反映了運(yùn)放芯片本身輸入級(jí)差分對(duì)管的對(duì)稱程度，所以當(dāng)VI=0時(shí)，VO0。為了使輸出為0，等效在輸入端施加的補(bǔ)償電壓（失調(diào)補(bǔ)償調(diào)零電位器不起作用時(shí)）即為V,IO,。愈小

2、愈好，理想運(yùn)放V,IO,=0。,輸入失調(diào)電流I,IO,:當(dāng)運(yùn)放的輸出電壓為零時(shí)，將兩輸入端偏置電流的差稱為輸入失調(diào)電流。I,IO,=I,P,-I,N,。,運(yùn)算放大器的基本特性,開(kāi)環(huán)增益,:直接影響運(yùn)算精度和許多特性指標(biāo)，,A,o愈大愈好。理想運(yùn)算放大器,A,o為無(wú)窮大。,差模輸入電阻,r,id,:,指的是輸入端加入差模信號(hào)時(shí)，運(yùn)放芯片的輸入呈現(xiàn)的電阻。,r,id,愈大，意味著從信號(hào)源（或前級(jí)電路）提取的電能愈小，對(duì)信號(hào)源影響愈小。也就是,r,id,對(duì)信號(hào)源而言，就相當(dāng)于它的負(fù)載。理想運(yùn)放的,r,id,為無(wú)窮大。,理想運(yùn)放,輸出電阻ro,。理想閉環(huán)電路ro=0，ro表征器件對(duì)負(fù)載的驅(qū)動(dòng)能力。,帶

3、寬BW,，又稱單位增益帶寬或增益帶寬積。指的是當(dāng)運(yùn)放的閉環(huán)增益為1（即0dB）時(shí)的帶寬。一般增益與帶寬的乘積為一常數(shù)，故閉環(huán)增益愈高，實(shí)際運(yùn)放電路的帶寬愈小。運(yùn)放的BW主要由芯片內(nèi)部的器件與電路決定。理想運(yùn)放的BW 為無(wú)窮大。,供電電源:,單極性，雙極性。理想運(yùn)放供電不受限制。,功耗P,C,：,理想運(yùn)放為零,共模抑制比CMRR：,反應(yīng)了芯片對(duì)共模信號(hào)的抑制能力,輸入噪聲V,n,：,每個(gè)運(yùn)放都有內(nèi)部寄生噪聲，運(yùn)放的噪聲是通過(guò)在輸出端測(cè)量然后換算到輸入端的,.,噪聲是一個(gè)隨機(jī)交流信號(hào)，包含全頻率段的頻率成分，而且它是運(yùn)放固有的，無(wú)法通過(guò)在輸入端加上相反的電壓來(lái)消除。為了減小模擬電路的噪聲，我們通常

4、能做的有：1）選擇噪聲較小的運(yùn)放。2）想辦法減小模擬地的噪聲。3）使用高PSRR的線性電源管理芯片單獨(dú)為模擬電路供電，以減小電源上的噪聲。4）對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波。5）盡量使用10K以下阻值的電阻，因?yàn)殡娮钑?huì)引入熱噪聲，引入的熱噪聲大小與電阻值成正比。,電壓噪聲頻譜密度,是指每平方根赫茲的有效(RMS)噪聲電壓（通常單位為nV/）,電源抑制比PSRR：,輸入電源變化量(以伏為單位)與轉(zhuǎn)換器輸出變化量(以伏為單位)的比值，常用分貝表示,轉(zhuǎn)換速率（擺動(dòng)率）SR：,運(yùn)放在大幅度階躍信號(hào)作用下，輸出信號(hào)所能達(dá)到的最大變化率，單位：V/uS,調(diào)零消除失調(diào)誤差,運(yùn)放調(diào)零的基本原理：在運(yùn)放的輸入端外加一個(gè)補(bǔ)償電壓

5、，以抵消運(yùn)放本身的失調(diào)電壓，達(dá)到調(diào)零的目的。,有些運(yùn)放已經(jīng)引出調(diào)零端，只需要按照器件的規(guī)定，接入調(diào)零電路進(jìn)行調(diào)零即可。沒(méi)有調(diào)零端的，可采用同相調(diào)零或者反相調(diào)零的方法。,運(yùn)算放大器的基本特性,2運(yùn)算放大器的一個(gè)重要特性三“虛”,虛斷,虛地,虛短,1 基本放大電路,放大倍數(shù):,輸入電阻:,輸出電阻:,R,i,=R,1,R,o,=0,R,i,=r,ic,R,o,=0,R,ic:,運(yùn)放同相端對(duì)地共模輸入電阻，一般為10,8,歐。,平衡電阻:,R,P,=R,1,/R,F,2 差分輸入放大電路,輸入輸出關(guān)系:,如何實(shí)現(xiàn),U,o,=(U,i2,-U,i1,)K,?,R,1,=R,3,R,2,=R,4,2 差

6、,分,分輸入,放,放大電,路,路,輸入輸,出,出關(guān)系:,U,i1,U,i2,輸入電,阻,阻無(wú)窮,大,大,便,攜,攜式電,子,子產(chǎn)品,中,中應(yīng)用,2 差,分,分輸入,放,放大電,路,路,輸入輸,出,出關(guān)系:,R,1,=R,2,輸入電,阻,阻無(wú)窮,大,大,完,成,成雙極,性,性到單,極,極性放,大,大.常,用,用于儀,表,表放大,電,電路,3 精,密,密整流,放,放大電,路,路,U,i,大于零,時(shí),時(shí),二,極,極管導(dǎo),通,通情況:,D,2,導(dǎo)通,D,1,截止,U,i,小于零,時(shí),時(shí),二,極,極管導(dǎo),通,通情況:,D,1,導(dǎo)通,D,2,截止,如果:,4 微,分,分電路,反饋電,流,流設(shè)置,在,在0.

7、10.5mA,缺點(diǎn):,信,信號(hào)頻,率,率增加,時(shí),時(shí),電,容,容容抗,減,減小,放,放大倍,數(shù),數(shù)增加.對(duì)高,頻,頻噪聲,敏,敏感.,實(shí)用微,分,分電路,RC,1,=R,f,C,5積分,電,電路,C,f,小于1uF,缺點(diǎn):,低,低頻時(shí),電容,容,容抗很,大,大,放,大,大倍數(shù),增,增加.,實(shí)用積,分,分電路,R10R,1,6 比,較,較器,7 窗,比,比較器,8 RC正弦,波,波振蕩,器,器,文氏電,橋,橋,振蕩頻,率,率,起振條,件,件,穩(wěn)定條,件,件,8 RC正弦,波,波振蕩,器,器,雙T正,弦,弦波振,蕩,蕩器,振蕩頻,率,率,振蕩頻,率,率,起振條,件,件,9 方,波,波信號(hào),發(fā),發(fā)生

8、器,10,階,階梯波,發(fā),發(fā)生器,一個(gè)方,波,波周期,內(nèi),內(nèi),階梯波,周,周期,11,自,自舉式,交,交流電,壓,壓放大,器,器,放大倍,數(shù),數(shù):,輸入電,阻,阻:,耦合電,容,容:,R,i,=R,1,12,單,單電源,供,供電的,交,交流電,壓,壓放大,器,器,13,方,方波,三,三角波,產(chǎn),產(chǎn)生電,路,路,a斷開(kāi),時(shí),時(shí),，,U,+,=U,-,=0,假,假設(shè)U,O1,=V,CC,得：,同理，U,O1,=-V,CC,時(shí)，可,得,得,13,方,方波,三,三角波,產(chǎn),產(chǎn)生電,路,路,U,O1,=V,CC,時(shí),13,方,方波,三,三角波,產(chǎn),產(chǎn)生電,路,路,三角波,周,周期,三角波,頻,頻率,三角

9、波,幅,幅度,14,方,方波,鋸,鋸齒波,產(chǎn),產(chǎn)生電,路,路,鋸齒波,周,周期,鋸齒波,頻,頻率,鋸齒波,幅,幅度,14,三,三角,波,波正,弦,弦波變,換,換,15,濾,濾波,器,器設(shè)計(jì),濾波器,幅,幅頻特,性,性,15,濾,濾波,器,器設(shè)計(jì),三種類,型,型的有,源,源低通,濾,濾波器,濾波器,的,的品質(zhì),因,因數(shù)Q,，,，也稱,為,為濾波,器,器的截,止,止特性,系,系數(shù)，,其,其值決,定,定于f=f,0,附近的,頻,頻率特,性,性。,巴特沃,斯,斯：Q=0.707,幅頻,特,特性無(wú),峰,峰值，,在,在f=f,0,附近處,的,的特性,曲,曲線單,調(diào),調(diào)減,切比雪,夫,夫：Q=1,f=f,0

10、,附近的,截,截止特,性,性最好,，,，曲線,衰,衰減最,陡,陡。但,通,通帶有,幅,幅頻特,性,性有峰,值,值,貝塞爾,：,：Q=0.56,過(guò),渡,渡特性,最,最好，,相,相頻特,性,性無(wú)峰,值,值,二階RC濾波,器,器傳輸,函,函數(shù),類型,傳輸函數(shù),性能參數(shù),低通,高通,帶通,帶阻,AV,電,電壓增,益,益,c,高低,通,通濾波,器,器截止,頻,頻率,0,帶通,、,、帶阻,濾,濾波器,中,中心頻,率,率,Q,品質(zhì),因,因數(shù),或,當(dāng),BW,帶,帶通帶,阻,阻濾波,器,器帶寬,常用電,路,路類型,VCVS:運(yùn),放,放為同,相,相輸入,，,，輸入,電,電阻很,高,高，輸,出,出電阻,很,很低，,

11、濾,濾波器,相,相當(dāng)于,一,一個(gè)電,壓,壓源。,優(yōu),優(yōu)點(diǎn)為,電,電路性,能,能穩(wěn)定,，,，增益,易,易調(diào)節(jié),。,。,MFB:運(yùn)放,為,為反相,輸,輸入，,輸,輸出端,通,通過(guò)C1R2,形,形成兩,條,條反饋,支,支路，,故,故稱無(wú),限,限增益,多,多路反,饋,饋電路,。,。優(yōu)點(diǎn),是,是電路,有,有倒相,作,作用，,使,使用元,器,器件較,少,少，但,增,增益調(diào),節(jié),節(jié)對(duì)其,性,性能參,數(shù),數(shù)會(huì)有,影,影響，,故,故應(yīng)用,范,范圍比VCVS電路,少,少。,二階有,源,源低通,濾,濾波器,設(shè),設(shè)計(jì),C3:,抑,抑制尖,峰,峰脈沖,，,，通常2251pF,二階有,源,源低通,濾,濾波器,設(shè),設(shè)計(jì),方

12、法一,：,：令A(yù),V,=1,R,1,=R,2,=R,R,3,為無(wú)窮,大,大,由于通,頻,頻帶增,益,益A,V,=1,因,因而工,作,作穩(wěn)定,，,，故適,用,用于高Q值電,路,路,二階有,源,源低通,濾,濾波器,設(shè),設(shè)計(jì),方法二,：,：令R,1,=R,2,=R,C,1,=C,2,=C,品質(zhì)因,數(shù),數(shù)Q值,按,按照近,似,似特性,，,，有如,下,下分類,：,：,Q0.707,巴,特,特沃斯,特,特性,Q0.58,，,，貝塞,爾,爾特性,Q0.96,切,切比,雪,雪夫特,性,性,二階有,源,源高通,濾,濾波器,設(shè),設(shè)計(jì),二階有,源,源高通,濾,濾波器,設(shè),設(shè)計(jì),方法一,：,：令A(yù),V,=1,C,1,

13、=C,2,=C,方法二,：,：令C,1,=C,2,=C，R,1,=R,2,=R,二階有,源,源帶通,濾,濾波器,設(shè),設(shè)計(jì),RCR,3,C,1,才能,形,形成通,帶,帶,改變R,F,和R,1,的比例,，,，可改,變,變帶寬,和,和通帶,增,增益而,中,中心頻,率,率不變,。,。,A,uf,=1+R,F,/R,1,二階有,源,源帶阻,濾,濾波器,設(shè),設(shè)計(jì),由低通,和,和高通,無(wú),無(wú)源RC網(wǎng)絡(luò),并,并聯(lián)成,雙,雙T網(wǎng),絡(luò),絡(luò)，在,與,與運(yùn)放,和,和電阻,組,組成二,價(jià),價(jià)帶阻,濾,濾波器,改變R,F,和R,1,的比例,，,，可改,變,變帶寬,和,和通帶,增,增益而,中,中心頻,率,率不變,。,。,A

14、,uf,=1+R,F,/R,1,RC有,源,源濾波,器,器快速,設(shè),設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)步,驟,驟,1.根,據(jù),據(jù)截止,頻,頻率f,c,，選定,一,一個(gè)電,容,容C,的,的標(biāo)稱,值,值，使,其,其滿足K=100/(f,c,C)，C的單,位,位為uF。K,值,值不能,太,太大，,否,否則會(huì),使,使電阻,的,的取值,較,較大，,從,從而使,引,引入的,誤,誤差增,加,加，通,常,常取大,于,于等于1，小,于,于等于10。,2.查,表,表，得,出,出與Av對(duì)應(yīng),的,的電容,值,值及K=1時(shí),的,的電阻,值,值，再,將,將這些,電,電阻值,乘,乘以參,數(shù),數(shù)K，,得,得出電,阻,阻的設(shè),計(jì),計(jì)值。,3.實(shí)驗(yàn),調(diào)

15、,調(diào)整并修,改,改電容電,阻,阻值，測(cè),量,量濾波器,的,的性能參,數(shù),數(shù),設(shè)計(jì)舉例,設(shè)計(jì)一個(gè),二,二階壓控,電,電壓源低,通,通濾波器,，,，要求截,止,止頻率f,c,=2KHz，增益Av=2,1、取C=0.01uF,K=100/(fcC)=100/(2000*0.01)=5,2、查表,：,：Av2時(shí)，C,1,=C=0.01uF,K=1時(shí),，,，R,1,=1.126K,R,2,=2.250K,R,3,=6.752K,R,4,=6.752K,3、將上,述,述電阻值,乘,乘以參數(shù)K=5，,得,得：,R,1,=51.126K=5.63K,R,2,=52.250K11.25K,R,3,=R,4,=5

16、6.752K33.76K,3.3.2 FilterLab,濾,濾波器輔,助,助設(shè)計(jì)工,具,具,FilterLab2.0,是,是美國(guó)Microchip,公,公司推出,的,的一款創(chuàng),新,新的濾波,器,器免費(fèi)下,載,載軟件。,使,使用該軟,件,件避免了,傳,傳統(tǒng)濾波,器,器設(shè)計(jì)的,繁,繁瑣計(jì)算,。,。使設(shè)計(jì),大,大大簡(jiǎn)化,。,。,該軟件所,設(shè),設(shè)計(jì)的濾,波,波器具有,：,：,（1）巴,特,特沃斯、,貝,貝塞爾、,切,切比雪夫,三,三種類型,，,，其中貝,塞,塞爾只有LPF一,類,類濾波器,。,。,（2）階,數(shù),數(shù)18,。,。,（3）增,益,益110。,（4）LPF、BPF、HPF三種,類,類型。,（5）有,塞,塞林凱和,多,多重反饋,二,二種電路,形,形式。,（6）通,帶,帶截止頻,率,率（Passband frequency,）,）：0.1Hz1MHz,。,。,（7）品,質(zhì),質(zhì)因素Q,：,：0.55.0,（8）阻,帶,帶衰減（StopbandAttenuation,）,）：10dB100dB,3.3.3 開(kāi),關(guān),關(guān)電容濾,波,波器,1開(kāi)關(guān),電,電容濾波,的,的基本原,理,理,圖3.3.13