模擬技術(shù)訓(xùn)練之放大器初步

模擬技術(shù)訓(xùn)練之放大器初步第一頁(yè)，共123頁(yè)。目錄? 第一部分：放大器的分類簡(jiǎn)介? 第二部分：使用放大器的一般性規(guī)則? 第三部分：選擇放大器入門(mén)? 第四部分：使用網(wǎng)絡(luò)資源? 第五部分：數(shù)據(jù)記錄和報(bào)告撰寫(xiě)? 第六部分：實(shí)驗(yàn)和注意事項(xiàng)第二頁(yè)，共123頁(yè)。一：放大器分類簡(jiǎn)介什么是放大器？? 電學(xué)中能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)、功率放大的器件，稱為放大器，英文為amplifier。? 目前所有放大器的基礎(chǔ)放大器件是電子管和晶體管，本講座僅涉及晶體管。? 以放大器為核心，能夠?qū)崿F(xiàn)放大功能的電路，稱為放大電路。第三頁(yè)，共123頁(yè)。放大器的分類? 從簡(jiǎn)到繁，可將放大器分為三個(gè)級(jí)別：? 晶體管：雙極型，單極型(JFET,MOSFET)? 集成運(yùn)算放大器：標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)放，全差分運(yùn)放? 集成功能放大器：差動(dòng)放大器，儀表放大器，程控增益放大器，壓控放大器以及其它特殊功能放大器等。第四頁(yè)，共123頁(yè)。第一類—晶體管放大器MOSFETP溝道管圖2-1晶體管放大器分類晶體管NPN管雙極型PNP管單極型JFETP溝道管N溝道管N溝道管第五頁(yè)，共123頁(yè)。晶體管放大器舉例VCCUOTUS第六頁(yè)，共123頁(yè)。第二類—運(yùn)算放大器? 集成為一個(gè)芯片的，由晶體管組成的直接耦合型，開(kāi)環(huán)多級(jí)放大電路。? 開(kāi)環(huán)增益很大，不能直接作為放大器，需要外部反饋網(wǎng)絡(luò)配合。? 最常見(jiàn)：差分輸入、單端輸出的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)放。? 另一種：差分輸入、差分輸出的全差分運(yùn)放。第七頁(yè)，共123頁(yè)。運(yùn)算放大器全差分運(yùn)放通用運(yùn)放高速運(yùn)放低噪聲低失調(diào)……高阻電壓反饋型電流反饋型圖2-2集成運(yùn)算放大器分類例μA741，OP07例ADA4889-1例ADA4528-1例AD549例AD8045例AD8000電壓反饋型電流反饋型例AD8139例ADA4927-1第八頁(yè)，共123頁(yè)。標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)放全差分運(yùn)放結(jié)構(gòu)典型電路+VsVin+VoutVin- -Vs+VsVin+ Vout-VOCM

Vout+Vin- -Vs第九頁(yè)，共123頁(yè)。全差分運(yùn)放的輸入輸出關(guān)系

AO(Vin

Vin

)Vout

VoutVin+Vin-VOCMVout-Vout+-Vs+Vs

VOCMVou

t

Vout2深度負(fù)反饋下虛短Vin+=Vin-成立。虛斷也成立。輸入腳：Vin+和Vin-，控制“輸出共模量”的輸入V輸O出CM腳：Vout+和Vout-重要關(guān)系如下第十頁(yè)，共123頁(yè)。全差分運(yùn)放最常見(jiàn)電路分析RG RFX

X

VONVIPRFVINX

XVOPRGVINOCMVOP

VON

V2RG

VIPRFVOP

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0.5RG

RFRFVOP(VIP

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)

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0.5RGVON第十一頁(yè)，共123頁(yè)。全差分運(yùn)放的典型應(yīng)用? 全差分ADC的前端驅(qū)動(dòng)電路? 單端轉(zhuǎn)差分。? 全差分信號(hào)鏈。? 差分轉(zhuǎn)單端。第十二頁(yè)，共123頁(yè)。RBVOCMUout+uiRBRAUpUnUout-RARBVOCMuout+0.5kuiuiRBRAuxuxuout-RA-0.5kui圖16-4低頻時(shí)單端輸入轉(zhuǎn)差分輸出（左圖含靜態(tài)電流，右圖交流耦合型不含靜態(tài)電流）RBVOCMuout圖16-5高頻時(shí)單端輸入轉(zhuǎn)差分輸出（左圖實(shí)際電路，右圖等效電路）uiRBRARXux50RYux-uoutuyR1R3RBVOCMuout0.5GuikuiRBRARXuxux-uoutR3uyRA-0.5Gui第十三頁(yè)，共123頁(yè)。第十四頁(yè)，共123頁(yè)。電流反饋型運(yùn)放內(nèi)部結(jié)構(gòu)? 同相輸入端高阻，反相輸入端低阻。? 具有極高的壓擺率。? 增益帶寬積不恒定，高增益時(shí)帶寬下降不明顯。? 廣泛使用于高速脈沖信號(hào)的放大。G=1G=1ZOZiiiZZBiA iF圖15-2電流反饋型運(yùn)算放大器組成的同相放大器uIuOuARARF第十五頁(yè)，共123頁(yè)。電流反饋型運(yùn)放使用注意? 跟隨器時(shí)必須串聯(lián)反饋電阻。? 反饋電阻的選擇與增益有關(guān)，需要嚴(yán)格按照數(shù)據(jù)手冊(cè)進(jìn)行。第十六頁(yè)，共123頁(yè)。? AD8005的電阻選擇第十七頁(yè)，共123頁(yè)。其它值得注意的運(yùn)算放大器? 含限制器的運(yùn)放AD8036，AD8037第十八頁(yè)，共123頁(yè)。其它值得注意的運(yùn)算放大器? 專利斬波技術(shù)實(shí)現(xiàn)零漂移，極低失調(diào)電壓。? 注意斬波頻率處會(huì)出現(xiàn)少許噪聲尖峰。ADA4528-1斬波頻率為200kHz。第十九頁(yè)，共123頁(yè)。其它值得注意的運(yùn)算放大器? 高速，低偏置電流第二十頁(yè)，共123頁(yè)。第三類：集成功能放大器? 獨(dú)立使用即可實(shí)現(xiàn)一定功能的，集成在一個(gè)芯片內(nèi)的放大器。? 具備放大功能，又不是前兩種的集成電路均可稱為集成功能放大器。第二十一頁(yè)，共123頁(yè)。集成功能放大器的種類? 檢測(cè)差模的：差動(dòng)放大器，儀表放大器，電流檢測(cè)放大器? 改變?cè)鲆娴模撼炭卦鲆娣糯笃?，壓控增益放大? 模擬乘法器? 隔離放大器? 對(duì)數(shù)放大器? 跨導(dǎo)放大器、跨阻放大器? 音頻功率放大器第二十二頁(yè)，共123頁(yè)。差動(dòng)放大器? 以差動(dòng)—減法器為主要形式，芯片內(nèi)集成了運(yùn)放和多個(gè)高精密電阻。? ADI差動(dòng)放大器主要類型–4電阻標(biāo)準(zhǔn)1倍，2倍–

5電阻型、7電阻型–高共模型第二十三頁(yè)，共123頁(yè)。ADI差動(dòng)放大器類型圖例第二十四頁(yè)，共123頁(yè)。差動(dòng)放大器? 珍貴在于內(nèi)部的電阻一致性。? 可以方便實(shí)現(xiàn)：–減法器——對(duì)差分信號(hào)進(jìn)行放大或者衰減。–電平移位。–

精確增益。–

承受高共模輸入差分信號(hào)。–電壓——電流轉(zhuǎn)換。第二十五頁(yè)，共123頁(yè)。差動(dòng)放大器：正接和反接RARARBRBRARARBRBuIDuIDuOuO衰減型接法放大型接法2361562315圖18-2標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)差動(dòng)放大器的兩種差分運(yùn)算接法第二十六頁(yè)，共123頁(yè)。差動(dòng)放大器：電平移位第二十七頁(yè)，共123頁(yè)。差動(dòng)放大器：精確增益第二十八頁(yè)，共123頁(yè)。5k20k10k4k

1.5R4k )

R10kA

(1

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)(R5k R4k

R20k

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24k

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6k

4.8kAD8270(-2~3)40第二十九頁(yè)，共123頁(yè)。差動(dòng)放大器：高共模輸入? 常規(guī)思路：先用一級(jí)0.1倍衰減器抵抗高共模輸入，再用放大器將差模信號(hào)放大。120V共模第三十頁(yè)，共123頁(yè)。差動(dòng)放大器：高共模輸入? 可承受高達(dá)±270V的共模電壓輸入，又具備1倍差模放大——妙不可言。270V13.5V第三十一頁(yè)，共123頁(yè)。儀表放大器儀表放大器（InstrumentationAmplifier）定義：具有兩個(gè)差分輸入的輸入端，高的輸入阻抗，高的共模抑制比，輸出為單端輸出，增益由外部電阻設(shè)定，或者由程控實(shí)現(xiàn)——程控儀表放大器。? 分為多種類型：–3運(yùn)放型，2運(yùn)放型，差分電容型，電流鏡型第三十二頁(yè)，共123頁(yè)。儀表放大器應(yīng)用場(chǎng)合多種傳感器、特別是橋式傳感器后的第一級(jí)差分放大。也可以用于4-20mA電流輸出。也可只利用其輸入高阻特性，實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。第三十三頁(yè)，共123頁(yè)。儀表放大器使用注意? 頻帶不寬，多數(shù)為MHz數(shù)量級(jí)。? CMRR很高，但不能承受高共模輸入。? 一般不能浮空輸入。第三十四頁(yè)，共123頁(yè)。儀表應(yīng)用1—屏蔽驅(qū)動(dòng)圖17-9共模防護(hù)電路第三十五頁(yè)，共123頁(yè)。儀表應(yīng)用2—電橋單電源第三十六頁(yè)，共123頁(yè)。儀表應(yīng)用3—壓流轉(zhuǎn)換第三十七頁(yè)，共123頁(yè)。儀表應(yīng)用4—兩線壓流（信號(hào)電源混用）圖17-15電流傳輸儀表放大器輸出——壓流轉(zhuǎn)換第三十八頁(yè)，共123頁(yè)。具體分析過(guò)程，參閱我的文字圖17-16圖17-15的電流電壓分析——4mA狀態(tài)1mA0.02mA0.7mA1.43mA4.87~5.12μA0VUOUT0V+-77~80.9mV0V3.855~4.052mA第三十九頁(yè)，共123頁(yè)。程控增益放大器? 增益可由數(shù)字量控制實(shí)施改變的放大器。–低頻段精確增益控制；–

高頻段增益控制；–

dB為單位，或以規(guī)定增益變化規(guī)律實(shí)施。? 控制增益方法，高速多用數(shù)字衰減器實(shí)現(xiàn)低速多用精確電阻陣列實(shí)現(xiàn)。? 有程控（雙入單出、單入單出、雙入雙出單入雙出）等。第四十頁(yè)，共123頁(yè)。ADI部分高速程控增益放大器第四十一頁(yè)，共123頁(yè)。AD8250程控儀表放大器第四十二頁(yè)，共123頁(yè)。ADL5201第四十三頁(yè)，共123頁(yè)。壓控增益放大器? 增益由外部提供的模擬電壓控制，屬連續(xù)控制，不同于程控增益放大器離散控制。VINVOUTVGVCAA=VOUT/VIN=f(VG)VIN+VOUT+VG+VCAA=(VOUT+-VOUT-)/(VIN+-VIN-)=f(VG+-VG-)VIN-VOUT-VG-圖1-1-29壓控增益放大器外部結(jié)構(gòu)第四十四頁(yè)，共123頁(yè)。壓控增益放大器? 多數(shù)為dB線性，也有部分V/V線性。(a)

AD8337——dB線性圖1-1-31

壓控增益放大器增益與控制電壓關(guān)系圖(b)LMH6503——倍數(shù)線性第四十五頁(yè)，共123頁(yè)。壓控增益放大器? 可實(shí)現(xiàn)不同的控制模式：負(fù)模式（電壓越高，增益越小）下容易實(shí)現(xiàn)AGC。第四十六頁(yè)，共123頁(yè)。自動(dòng)增益控制（AGC）? 自動(dòng)增益控制的核心思想是，輸入信號(hào)越大，增益越小，達(dá)到保持入出單調(diào)的情況下，輸出具有較為穩(wěn)定的幅度。Vin/VVout/V第四十七頁(yè)，共123頁(yè)。AD8367? 壓控增益，具有輸出探測(cè)，正負(fù)模式可選?？煞奖銓?shí)現(xiàn)AGC。第四十八頁(yè)，共123頁(yè)。其它功能放大器簡(jiǎn)介? 隔離放大器——左右的全浮空隔離，極高的CMRR，用于醫(yī)療、防雷等場(chǎng)合。? 有變壓器型、光耦型、電容型等。第四十九頁(yè)，共123頁(yè)。三級(jí)放大器，選擇哪一種？? 低：晶體管？中：標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)放？高：功能放大器？? 在不考慮成本情況下，能用高等級(jí)放大器實(shí)現(xiàn)的，不要使用低等級(jí)。? 僅在特殊需求時(shí)，采用低等級(jí)放大器。? 盲目崇拜低等級(jí)設(shè)計(jì)，以為只有設(shè)計(jì)復(fù)雜的晶體管放大器才能顯示水平，恰恰是沒(méi)水平的表現(xiàn)。? 熟知廠家能夠提供的高等級(jí)放大器，且能用好，是放大器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。? 考慮成本時(shí)，應(yīng)綜合考慮設(shè)計(jì)成本、材料成本以及加工成本等因素。第五十頁(yè)，共123頁(yè)。RARARARAIOUT=(uI1-uI2)/RSETuI1Load23615RSETuI2AD8276用標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)放+4個(gè)RA自己搭接，也可實(shí)現(xiàn)，但難以保證電阻一致性。用差動(dòng)放大器AD8276實(shí)現(xiàn)的壓流轉(zhuǎn)換電路第五十一頁(yè)，共123頁(yè)。二：使用放大器一般性規(guī)則? 供電和配置電源電容? 直流通路的重要性? 自激振蕩和單位增益穩(wěn)定? 輸入保護(hù)? 散熱? 相位反轉(zhuǎn)? 封裝第五十二頁(yè)，共123頁(yè)。供電和配置電源電容? 不要超過(guò)電源電壓范圍—絕不是廢話。? 絕對(duì)不能反接電源，否則立即燒毀。? 必須給每個(gè)運(yùn)放配置電源電容。庫(kù)電容,100uF以上，一個(gè)電路一對(duì)兒。在電路板電源入口。GND庫(kù)電容負(fù)電源入口旁路電容對(duì)兒，一個(gè)電源腳一對(duì)兒，6.8uF/0.1uF就近擺放正電源入口第五十三頁(yè)，共123頁(yè)。庫(kù)電容的作用? 儲(chǔ)能，有大量的電荷備用。? 當(dāng)發(fā)生突然的大電流需求時(shí)，庫(kù)電容可釋放電荷，抑制由此帶來(lái)的電壓跌落。? 一般僅在電源入口處擺放一對(duì)兒，容量可在100uF以上。? 也見(jiàn)此處串聯(lián)磁珠。第五十四頁(yè)，共123頁(yè)。旁路電容為什么要一對(duì)兒？?圖3-1電容等效模型以及阻抗隨頻率變化情況等效串聯(lián)電感與體積密切相關(guān)，是本方法的核心第五十五頁(yè)，共123頁(yè)。旁路電容的擺放規(guī)則? 流經(jīng)、順序、就近、共地4大原則。一個(gè)地區(qū)域GNDV+V-OP07DC1C2雙電容去耦組GNDC30.1μFC4GND圖3-2不考慮其它因素的運(yùn)放電源理想狀態(tài)下的電容配置方案，右圖錯(cuò)誤實(shí)例違

反

共地

原則、順序原則違反共地原則、流經(jīng)原則違反就近原則分叉GNDGND6.8μF第五十六頁(yè)，共123頁(yè)。直流通路的重要性第五十七頁(yè)，共123頁(yè)。直流通路的重要性? 每個(gè)運(yùn)放的輸入端，都必須有合適的直流通路，否則運(yùn)放工作不正常。C CR錯(cuò)誤的接法正確的接法圖3-3試圖實(shí)現(xiàn)隔直放大的電路第五十八頁(yè)，共123頁(yè)。+IN國(guó)ANALOGDEVICES+Vs

+Vs卡扎寸NODE3NODE

4-VsR224.7kn24.7k0NODE2NODE

1「一ESDANDOVERVOLTAGEPROTECT

ION主-VsVs1AS-VsGAIN

STAGEFigure58.Simplified

SchematicAD8226R350k0ESDANDOVERVOLTAGEPROTECT

IONINCORRECT+Vs-VsVourREFDIFFERENCEAMP

LIFIERSTAGECORRECT+Vs-Vs第五十九頁(yè)，共123頁(yè)。差動(dòng)放大器可以接受浮空輸入第六十頁(yè)，共123頁(yè)。避免自激振蕩? 自激振蕩是一種現(xiàn)象：電路加電后，在沒(méi)有輸入的情況下，電路輸出存在某種頻率的大幅度輸出——該頻率一般較高。? 結(jié)果是，電路無(wú)法正常工作，且極易造成發(fā)熱和損壞。? 必須徹底避免。第六十一頁(yè)，共123頁(yè)。自激振蕩的本質(zhì)原因? 運(yùn)放自激振蕩的根本原因：某種頻率信號(hào)在環(huán)路增益大于1的情況下，其環(huán)路附加相移達(dá)到了180度，使得原本設(shè)計(jì)的負(fù)反饋?zhàn)兂闪苏答?，且在環(huán)路內(nèi)不斷增大。? 輸出就會(huì)出現(xiàn)該頻率的振蕩波形。無(wú)附加相移，x(t)=-kx(t),x(t)=0某頻率處，附加相移180度，x(t)=kx(t),k=1，x(t)無(wú)解第六十二頁(yè)，共123頁(yè)。自激振蕩的客觀原因? 閉環(huán)放大倍數(shù)太小。AF=A/(1+AF)小，說(shuō)明F接近1，AF環(huán)路增益很大。越是跟隨器，越易自激。? 驅(qū)動(dòng)大電容。電容會(huì)引入附加相移。? 引入了雜散電容，也帶來(lái)附加相移。? 其它原因。第六十三頁(yè)，共123頁(yè)。自激振蕩對(duì)策? 已經(jīng)振蕩的電路，可通過(guò)多種補(bǔ)償手段消振。這是迫不得已的方法。? 預(yù)防重于消振。第六十四頁(yè)，共123頁(yè)?？诳诳诳诳诳诳诳诳?，“單位增益穩(wěn)定”描述。? 單位增益穩(wěn)定，是多數(shù)運(yùn)放具備的基本素質(zhì)，即可用于跟隨器。但不是所有運(yùn)放都具備。OP37，ACL>5第六十五頁(yè)，共123頁(yè)。自激振蕩預(yù)防策略二? 在驅(qū)動(dòng)電容前，串聯(lián)一個(gè)20~100Ω的隔離電阻。? 某些運(yùn)放驅(qū)動(dòng)大電容能力較強(qiáng)，可達(dá)1000pF以上，無(wú)需隔離電阻。AD817等。20~100ΩRISO幾乎必振幾乎不振第六十六頁(yè)，共123頁(yè)。第六十七頁(yè)，共123頁(yè)?？诳诳诳诳诳诳诳诳?，端，需格外注意。，第六十八頁(yè)，共123頁(yè)。自激振蕩預(yù)防策略四—雜亂的規(guī)則? 在反饋電阻旁并聯(lián)一個(gè)電容，預(yù)留位置。? 在輸出端串聯(lián)一個(gè)0歐姆電阻。為隔離電阻的引入埋下伏筆。? 多數(shù)情況下，更換運(yùn)放可以立即消振。第六十九頁(yè)，共123頁(yè)。注意輸入保護(hù)? 有些運(yùn)放內(nèi)部有輸入保護(hù)二極管。? 接跟隨器時(shí)，需要串聯(lián)電阻。? 做比較器時(shí)，會(huì)有異常。I<10mA,R>1kΩ第七十頁(yè)，共123頁(yè)。散熱? 高頻放大器通常輸出功率較大，需要考慮芯片散熱問(wèn)題。? 底面有暴露片的，應(yīng)接到合適位置銅皮上，利于散熱。第七十一頁(yè)，共123頁(yè)。相位反轉(zhuǎn)? 相位反轉(zhuǎn)：早期的運(yùn)放，當(dāng)輸入超過(guò)負(fù)軌時(shí)，會(huì)出現(xiàn)瞬間的正輸出。? 現(xiàn)代技術(shù)基本克服了這種現(xiàn)象，新運(yùn)放多數(shù)都標(biāo)注：NoPhaseReversal取自ADI公司MT-036“OpAmpOutputPhase-ReversalandInputOver-VoltageProtection”圖42-1跟隨器產(chǎn)生的相位反轉(zhuǎn)現(xiàn)象第七十二頁(yè)，共123頁(yè)。放大器的封裝? 同一款放大器，一般都有多種封裝形式。在電路板中是不能互換的。? 畫(huà)電路板前，落實(shí)封裝尺寸是必須的。? 用一把尺子，粗量一下，與數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單對(duì)比是必要的。? 學(xué)生經(jīng)常使用的是DIP封裝，可以插到面包板中，而產(chǎn)品中常用的是更小的封裝。第七十三頁(yè)，共123頁(yè)。口口口口？? 很多微小芯片上看不到型號(hào)，比如下圖。?，AD8226MSOP封裝的“小名”.Brangding。Y18第七十四頁(yè)，共123頁(yè)。怎么從Brangding獲得型號(hào)？? 發(fā)現(xiàn)這種芯片，只要知道公司，就可以在官網(wǎng)上搜索出來(lái)“大名”。? “大名”字?jǐn)?shù)太多，芯片太小寫(xiě)不下。第七十五頁(yè)，共123頁(yè)。PDIP封裝取自AD810數(shù)據(jù)手冊(cè)圖14-1ADI公司PDIP8封裝的外形視圖（括號(hào)內(nèi)為mm單位）第七十六頁(yè)，共123頁(yè)。SOIC-N第七十七頁(yè)，共123頁(yè)。SOIC-W第七十八頁(yè)，共123頁(yè)。MSOP3*4.9mm第七十九頁(yè)，共123頁(yè)。TSSOP第八十頁(yè)，共123頁(yè)。SOT-233*3mm圖14-8ADI公司8腳SOT-23封裝視圖第八十一頁(yè)，共123頁(yè)。SC70第八十二頁(yè)，共123頁(yè)。CSP第八十三頁(yè)，共123頁(yè)。LCC第八十四頁(yè)，共123頁(yè)。最常見(jiàn)的管腳排列第八十五頁(yè)，共123頁(yè)。其它管腳排列第八十六頁(yè)，共123頁(yè)。少見(jiàn)的管腳排列第八十七頁(yè)，共123頁(yè)。三：選擇運(yùn)算放大器入門(mén)? 設(shè)計(jì)任何一個(gè)基于運(yùn)放的放大電路，都應(yīng)該做出最基本的選擇，用哪一款運(yùn)算放大器合適？? 要求不嚴(yán)的情況下，做出如下選擇即可：–

電源電壓–輸入輸出范圍——Swing

fromRail–

增益帶寬積——GBW–

壓擺率——SR? 其它指標(biāo)依重要程度為：失調(diào)電壓、偏置電流、噪聲指標(biāo)、CMRR、失真度、漂移指標(biāo)、帶載能力等。后續(xù)課程詳述。第八十八頁(yè)，共123頁(yè)。電源電壓選擇? 根據(jù)需要的電源電壓選擇即可。? 重要性在于，不要燒毀芯片。第八十九頁(yè)，共123頁(yè)。軌至軌——Rail to Rail+5V,正電源軌-5V，負(fù)電源軌OP37,電源電壓為正負(fù)15V情況下fromRailSwingfromRailSwing第九十頁(yè)，共123頁(yè)。軌至軌運(yùn)放第九十一頁(yè)，共123頁(yè)。軌至軌運(yùn)放? 軌至軌的含義是，輸入或者輸出能夠接近電源軌的能力。? 至軌電壓越小，軌至軌特性越好。RailtoRail

Input—RRI，輸入軌至軌。Rail

to

Rail

Output—RRO，輸出軌至軌。? RRIO，輸入輸出均軌至軌。? 多數(shù)低電壓運(yùn)放都具備RR特性。第九十二頁(yè)，共123頁(yè)。軌至軌運(yùn)放? RRO受溫度、負(fù)載電流、頻率的影響第九十三頁(yè)，共123頁(yè)。GBW（GBP)的含義A/dBAo(1Hz)Ao,開(kāi)環(huán)增益Ao(f1)近似-20dB/10倍頻1Hzf1f/HzfA0=10dBAo(1Hz)≈f1

Ao(f1)=GBW(增益帶寬積)≈fA0=1(單位增益帶寬)第九十四頁(yè)，共123頁(yè)。怎么選擇GBW?? 要求10倍放大，-3dB帶寬20kHz。? 解讀：AF=10,在f1=20kHz處，閉環(huán)增益下降為0.707AF(-3dB)，k=0.707,求GBW=?1HzxAFkAFA/dBAo,開(kāi)環(huán)增益Ao(f1)-20dB/10倍頻A

，閉環(huán)增益FAF(f1)f1f/HzGBW0dBf1Ao(1Hz)第九十五頁(yè)，共123頁(yè)。負(fù)反饋公式? 定義衰減系數(shù)為m，反饋系數(shù)為F。AOUiFmAU

U(1

FA)o i o oUom(mU

FU)

A

Ui o o oooiof1

FAmAUUAF

mAf

(0)Fk

m1

FAo(

f

1)mAo(

f

1)要求：Af

(f

1)第九十六頁(yè)，共123頁(yè)。GBW公式? 運(yùn)放開(kāi)環(huán)增益在一個(gè)很寬的范圍內(nèi)，具有90度相移。利用這個(gè)特點(diǎn)，上述公式可簡(jiǎn)化求解。Fkm1

FAo(

f

1)mAo(

f1)要求：Af

(f

1)2Ao(

f1)1

k

1 kF已知k，原電路F，可求出必須具備的開(kāi)環(huán)增益Ao(f1)1

k21 o(f

1) 1

F1 kGBW

f

A

f第九十七頁(yè)，共123頁(yè)。GBW公式應(yīng)用—同相放大R1R3R2UiUoRL9k1k1km

1

F

110A

m

10Ff(0)k

0.99k

0.90k

0.70720kHz101

200kHz1

k

21

k21 kGBW

f1F20kHz10

7.018

1.4MHz1

k

21 k1 kGBW

f1F

20kHz102.064

412.8kHzGBW

f1F第九十八頁(yè)，共123頁(yè)。GBW公式應(yīng)用—反相放大? 相同的增益衰減要求k，同相放大器對(duì)運(yùn)放要求較低。R1R3R2UiUo1kRL10k1k20kHz11

7.018

1.544MHz1

k

21 kGBW

f1F11m

10F

111A

m

10Ff

(0)k

0.99k

0.90k

0.707第九十九頁(yè)，共123頁(yè)。壓擺率Slew Rate—SR? 運(yùn)放輸出所能達(dá)到的最大電壓變化速率，V/s? 當(dāng)輸出信號(hào)試圖出現(xiàn)的變化速率大于運(yùn)放的SR，輸出會(huì)出現(xiàn)三角波或者梯形波——失真。第一百頁(yè)，共123頁(yè)。壓擺率公式? 正弦波輸出，已知頻率f，幅度A，則可知過(guò)零點(diǎn)斜率k，為正弦波變化最快的時(shí)刻k=2πf×A? 要想波形不失真，k必須小于SRSR

2fA第一百零一頁(yè)，共123頁(yè)。壓擺率公式應(yīng)用? 輸出20kHz正弦波，幅度不小于10V，求SR？k

2fA

6.28

200001

10V

1.256106

V1.256

Vs s μsSR

1.256

Vμs第一百零二頁(yè)，共123頁(yè)。綜合選擇實(shí)例? 使用標(biāo)準(zhǔn)電壓反饋型運(yùn)放設(shè)計(jì)一個(gè)電路，要求對(duì)輸入的音頻信號(hào)進(jìn)行1000倍放大，在音頻域內(nèi)增益波動(dòng)不超過(guò)正負(fù)0.2dB，輸出幅度不小于12V，輸出電流峰值不小于10mA，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)電路并選擇運(yùn)放。? 首先確定電路結(jié)構(gòu)：– -0.2dB代表k=0.9772倍，k/sqrt(1-k2)=4.606– 單級(jí)放大1000倍，GBW=20kHz*1000*4.606=92MHz– 雖然GBW要求并不高，但單級(jí)1000倍問(wèn)題很多。– 一般至少選擇2級(jí)放大器級(jí)聯(lián)。第一百零三頁(yè)，共123頁(yè)。綜合選擇實(shí)例（2）? 2級(jí)重新計(jì)算：– 每級(jí)衰減-0.1dB=k=0.9886，k/sqrt(1-k2)=6.55– 單級(jí)增益為10000.5=31.62– GBW=20kHz*31.62*6.55=4.275MHz– 選擇GBW>5MHz以上，基本可滿足要求。R1R3R2UiUo130.9k1k1kR4R5R6UoRL30.1k1k1k10uF第一百零四頁(yè)，共123頁(yè)。特別注意? 以上分析僅在一般情況下適用。? 運(yùn)放的開(kāi)環(huán)特性極為復(fù)雜，用簡(jiǎn)單的一階模型代替是存在誤差的。用二階模型代替誤差相對(duì)較小，但仍不準(zhǔn)確。? 要以實(shí)驗(yàn)為準(zhǔn)，仿真和計(jì)算只能作為參考。第一百零五頁(yè)，共123頁(yè)。用matlab實(shí)施二階運(yùn)放模型仿真? amodf(1)=1/F;g=zeros(1,n);fori=2:n? f(i)=f(i-1)*1.002;? a(i)=am/((1+j*f(i)/fh1)*(1+j*f(i)/fh2));? af(i)=am/((1+j*f(i)/fh1)*(1+j*f(i)/fh2)+am*F);amod(i)=abs(a(i));amodf(i)=abs(af(i));?????g(i)=20*log(amodf(i)*F);ph(i)=180*phase(a(i))/pi;phf(i)=180*phase(af(i))/pi;end第一百零六頁(yè)，共123頁(yè)。100101102103104105106107108109-250-150-200-100-5010010110210310410510610710810910-51001010100閉環(huán)相移開(kāi)環(huán)增益閉環(huán)增益開(kāi)環(huán)相移閉環(huán)增益衰減/dB第一百零七頁(yè)，共123頁(yè)。綜合選擇實(shí)例（3）? 電源電壓選擇– 因輸出要求幅度大于13V，為正負(fù)極性，為給非RRO運(yùn)放留有余地，一般可考慮將至軌電壓設(shè)為3V。– 電源電壓應(yīng)為±16V，即VMAX>=32V? 壓擺率選擇– SR>6.28*0.02MHz*13=1.633V/us? ADTL082即可滿足，ADA4898-2也可實(shí)現(xiàn)要求。第一百零八頁(yè)，共123頁(yè)。ADTL082關(guān)鍵指標(biāo)第一百零九頁(yè)，共123頁(yè)。其它方案? 如果不設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)電壓反饋型運(yùn)放，選擇電流反饋型運(yùn)放，可考慮采用AD812，145MHz，單片雙運(yùn)放$2.51。? 還可考慮音頻放大器。ADI公司的音頻放大器列表是獨(dú)立的。SSM2019即可。第一百一十頁(yè)，共123頁(yè)。音頻放大器SSM2019方案? 唯一擔(dān)心的是帶內(nèi)平坦度，手冊(cè)上沒(méi)有。第一百一十一頁(yè)，共123頁(yè)。選擇總結(jié)? 選擇放大器是一件極為有趣，且困難的事情。? 核心有以下幾點(diǎn)：– 會(huì)“抄襲”：實(shí)際工作要求，通常來(lái)源于生產(chǎn)實(shí)踐，前人一般都會(huì)遇到，就會(huì)有常規(guī)設(shè)計(jì)。找到常規(guī)的選擇，前人的選擇，以此為基礎(chǔ)修改。– 懂得參數(shù)，特別是關(guān)鍵的參數(shù)。能夠利用參數(shù)做出篩選。如果上述題目對(duì)直流量提出高要求，則失調(diào)電壓一定要注意。