第3章模擬電路設(shè)計(jì)_1

1、第3章 模擬電路設(shè)計(jì)_1 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)資料 第3章模擬電路設(shè)計(jì) 廈門理工學(xué)院電子與電氣工程系1 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)資料 第3章模擬電路設(shè)計(jì) 廈門理工學(xué)院電子與電氣工程系2 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)資料 3.1 運(yùn)算放大器的基本特性 3.1.1 運(yùn)算放大器的基本特性 開環(huán)增益直接影響運(yùn)算精度和很多特性指標(biāo)，ao愈大愈好。抱負(fù)運(yùn)算放大器ao為無(wú)窮大。 輸入偏置電路iib，表示了運(yùn)放輸入端正常工作時(shí)需供應(yīng)的偏置電流，它的大小間接反映了運(yùn)放芯片的輸入電阻。iib愈小，輸入電阻愈大，芯片的溫漂和運(yùn)算精度愈高。抱負(fù)運(yùn)放。 輸入失調(diào)電壓vio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

2、了 使，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vio 。愈小愈好，抱負(fù)運(yùn)放vio=0。 廈門理工學(xué)院電子與電氣工程系3 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)資料 運(yùn)算放大器的基本特性 差模輸入電阻rid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。rid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rid對(duì)信號(hào)源而言，就相當(dāng)于它的負(fù)載。抱負(fù)運(yùn)放的rid為無(wú)窮大。 抱負(fù)運(yùn)放輸出電阻ro。抱負(fù)閉環(huán)電路ro=0，ro表征器件對(duì)負(fù)載的驅(qū)動(dòng)力量。 廈門理工學(xué)院電子與電氣工程系4 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)資料 運(yùn)算放大器的基本特性 帶寬bw，又稱單位增益帶寬或增益帶寬積。指

3、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)部的器件與電路打算。抱負(fù)運(yùn)放的bw 為無(wú)窮大。 轉(zhuǎn)換速率sr亦稱“壓擺率”，反映了運(yùn)放對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)速度，即輸出信號(hào)對(duì)時(shí)間變化的斜率. 廈門理工學(xué)院電子與電氣工程系5 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)資料 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 廈門理工學(xué)院電子與電氣工程系6 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)資料 3.1.2幾類常用的運(yùn)算放大器 1. 通用型運(yùn)算放大器 通常型運(yùn)放電特性一般，但價(jià)格低廉，典型代表有l(wèi)m741、lm124/224/324

4、（單、雙、四運(yùn)放封裝），其特性如表3.1.3和表3.1.2所示。其中單運(yùn)放通常帶有失調(diào)補(bǔ)償調(diào)整端。此類運(yùn)放常用于低價(jià)位電子產(chǎn)品 2. 低失調(diào)、低漂移運(yùn)算放大器 此類運(yùn)放的電性能比通用型的要高，特殊是失調(diào)電壓要小得多，其代表有op07/op27/op37，它們都是單運(yùn)放封裝，其特性參閱表3.1.2。此類運(yùn)放常用在要求較高的電路。 廈門理工學(xué)院電子與電氣工程系7 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)資料 幾類常用的運(yùn)算放大器 3. 低輸入偏壓電流運(yùn)算放大器 此類運(yùn)放芯片內(nèi)部輸入為mos管，故很小，輸入電阻很高。其代表有tl081/082/084、ca3140、ad594等。此類運(yùn)放常用于高輸入阻抗級(jí)。其中ad549由

5、于超低的常用于微弱電流測(cè)量。 4. 斬波穩(wěn)零型運(yùn)算放大器icl7650 icl7650采納大規(guī)模集成工藝，輸入級(jí)使用了mosfet，輸入電阻達(dá)1012。電路采納斬波自動(dòng)穩(wěn)零及調(diào)制與解調(diào)（200hz）等措施，使小至1v，溫度漂移也很小，應(yīng)用時(shí)無(wú)須失調(diào)調(diào)整，非常便利。特殊適用于微弱信號(hào)放大。 廈門理工學(xué)院電子與電氣工程系8 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)資料 幾類常用的運(yùn)算放大器 5. 寬帶運(yùn)算放大器 這一類運(yùn)放以ad8011、cf357等為代表，其 bw100mhz，在放大高頻率信號(hào)時(shí)必需使用它們。 ths4001 270mhz 6. 增益可編程運(yùn)算放大器 圖3.1.4為通過(guò)引腳可編程增益的運(yùn)放pg103。通

6、過(guò)a1、a0兩引腳的掌握電平可使運(yùn)放的增遞分別為1、10、100。增益誤差在g=10時(shí)為0.05%。失調(diào)電壓的溫度系數(shù)為2v/。它有8腳塑料dip和so-8兩種封裝形式。類似的還有ad8520等。 廈門理工學(xué)院電子與電氣工程系9 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)資料 第3章模擬電路設(shè)計(jì) 增益可編程運(yùn)算放大器 廈門理工學(xué)院 電子與電氣工程系10 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)資料 3.2 放大器設(shè)計(jì) 3.2.1 負(fù)反饋電路 圖3.2.2為基于運(yùn)放的閉環(huán)負(fù)反饋電路的基本結(jié)構(gòu)。它由開環(huán)增益為a0 的運(yùn)放，反饋網(wǎng)絡(luò)組成。圖中箭頭代表信號(hào)流向。抱負(fù)閉環(huán)增益僅取決 于反饋系數(shù)，與運(yùn) 放芯片、電源電壓、 溫度、信號(hào)參數(shù)等因 素?zé)o關(guān)。這就

7、是閉環(huán) 負(fù)反饋運(yùn)放大電路增 益穩(wěn)定性高，能有效 改善波形失真、頻率 特性的根本緣由。 廈門理工學(xué)院電子與電氣工程系11 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)資料 3.2.2 基本放大電路 （1）反相輸入放大電路 廈門理工學(xué)院電子與電氣工程系12 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)資料 （2）同相輸入放大電路 廈門理工學(xué)院電子與電氣工程系13 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)資料 （3）差分輸入放大電路 廈門理工學(xué)院電子與電氣工程系14 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)資料 3.2.3 放大電路設(shè)計(jì)要點(diǎn) 1單雙電源運(yùn)算放大器的選擇 首先應(yīng)依據(jù)輸入信號(hào)的極性，選擇單電源或雙電源供電的運(yùn)放。只有輸入信號(hào)為單極性的正信號(hào)時(shí)才能使用單電源供電的運(yùn)放。大多數(shù)運(yùn)放均要求雙電源

8、供電才能正常工作，只有少數(shù)如lm324、lm358之類的運(yùn)放允許單電源供電。 2電源去耦 運(yùn)放電源去耦是很有必要的，特殊在系統(tǒng)總增益很高的前級(jí)電路，更是不行或缺。 廈門理工學(xué)院電子與電氣工程系15 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)資料 放大電路設(shè)計(jì)要點(diǎn) 3弱信號(hào)放大的相關(guān)問題 從降低噪聲，提高信噪比以利于弱信號(hào)放大的角度動(dòng)身，需留意以下各點(diǎn)：o（1）選用低噪聲的運(yùn)算放大器 o（2）采納噪聲極微的分立元件fet對(duì)管構(gòu)成前置差分放大電路 o（3）閉環(huán)負(fù)反饋電路采納阻值較低的線繞電阻 o（4）利用選頻、濾波等措施降低白噪聲 廈門理工學(xué)院電子與電氣工程系16 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)資料 放大電路設(shè)計(jì)要點(diǎn) 4寬帶放大 當(dāng)信號(hào)

9、頻率較高或被放大的是脈沖信號(hào)時(shí)，采納高bw、高sr的運(yùn)放明顯是特別必要的。為獲得足夠的帶寬，閉環(huán)增益不能設(shè)計(jì)得太高，一般應(yīng)10。圖 3.1.2充分說(shuō)明白帶寬與閉環(huán)增益的沖突。需要留意的是信號(hào)的帶寬應(yīng)明顯低于閉環(huán)帶寬。 5放大器反饋回路電阻阻值的選擇 從減小熱噪聲的角度，反饋回路電阻的阻值要盡量小一些。但阻值過(guò)小會(huì)使反相輸入放大電路的輸入電阻降低。通常以千歐數(shù)量級(jí)采納較多。 廈門理工學(xué)院電子與電氣工程系17 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)資料 放大電路設(shè)計(jì)要點(diǎn) 6運(yùn)算放大器的愛護(hù)措施 圖3.2.10 運(yùn)放的愛護(hù)電路 圖3.2.11 運(yùn)放輸出電壓限幅電路 廈門理工學(xué)院電子與電氣工程系18 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)資料 放大電路設(shè)計(jì)要點(diǎn) 7失調(diào)電壓的補(bǔ) 償 由于失調(diào)電壓的存 在，使運(yùn)放的零點(diǎn)不 為零。lm741之類運(yùn)放 本身帶有補(bǔ)償端，可 按圖3.1.1（b）外接 電位器w調(diào)整之。對(duì)于 無(wú)調(diào)零端的運(yùn)放可以 采納圖3.2.12電路來(lái) 進(jìn)行失調(diào)補(bǔ)償。 圖3.2.12 運(yùn)放的外加調(diào)零電路 廈門理工學(xué)院電子與電氣工程系19 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)資料 放大電路設(shè)計(jì)要點(diǎn) 8擴(kuò)展輸出電流與擴(kuò)展輸出電壓 9留意運(yùn)放的穩(wěn)定性 10優(yōu)良的工藝是放大器質(zhì)量的保證 廈門理工學(xué)院電子與電氣工程系20 電子