運算放大器實戰(zhàn)入門下

運算放大器實戰(zhàn)入門(下)云南大學信息學院：何樂生2010.4本講座的主要內(nèi)容對設計者而言，運算放大器到底能解決什么問題？在運算放大器令人眼花繚亂的眾多參數(shù)中那幾個最最重要？它們怎樣影響實際設計？我們常用的運放有哪些，各自在什么時候用？怎么對它們進行分類？運放電路設計時的基本原則有什么？運算放大器典型應用電路分析。運放電路設計的基本原則原則上，所有的輸入和輸出電壓都不允許或不能夠超過電源電壓范圍。輸入輸出范圍必須由具體型號決定?！疤摱獭焙汀疤摂唷笔撬蟹治龊陀嬎愕幕A，但它們成立的前提是“負反饋”成立。一般運放的輸出電流不允許超過20mA，否則將不再滿足“虛短”和“虛斷”的原則。所有的運放電路都必須存在一個工作點，沒有正確工作點，所有的設計就像沒有基礎一樣無法工作。本講座的主要內(nèi)容對設計者而言，運算放大器到底能解決什么問題？在運算放大器令人眼花繚亂的眾多參數(shù)中那幾個最最重要？它們怎樣影響實際設計？我們常用的運放有哪些，各自在什么時候用？怎么對它們進行分類？運放電路設計時的基本原則有什么？運算放大器典型應用電路分析。設計舉例下面通過設計實例，說明上述設計基本原則的應用。例1基本放大電路優(yōu)缺點：1、增益為負，可以在任何范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。2、放大器帶寬較寬。3、運放輸入共模電壓不變，失調(diào)電壓固定。4、具有輸入電流通路，可以用作電流和電荷放大器。5、輸入阻抗為R1，較小。優(yōu)缺點：1、增益為正，但大于1。2、放大器帶寬較窄。3、運放共模電壓隨輸入電壓變化，失調(diào)電壓有可能變化。4、輸入阻抗為運放輸入阻抗，很大。可以用作電壓型傳感器放大器。例2工作點（麥克風放大器）駐極體麥克風可以簡化為一個受聲音控制的受控電流源。放大電路要完成的任務：將受控電流源變化轉(zhuǎn)換為電壓變化；將電壓變?yōu)殇浺粼O備（如ADC）可以接收的0～電源電壓的電平信號。例2問題：1、這個電路的工作點是多大，有誰決定的？2、電容C起到了什么作用？如果是雙電源電路是否需要電容C?3、怎樣增大電路的增益？例3小電流恒流源的設計問題：設計一個角度傳感器的調(diào)理電路，該傳感器工作原理是一個電位器：轉(zhuǎn)過的角度和兩個測試端之間的電阻成正比。分析：需要恒流源做為調(diào)理電路，U=R*I，如果電流固定，則輸出電壓和測試端之間的電阻成正比。思路：最直接的想法是利用“虛斷”，如果從輸入端往后輸送一個固定電流，則反饋通路上的負載將得到這個固定的電流。例3問題：1、恒流源的“恒流”是多大？2、這個電路能夠提供的最大“恒流”是多大？3、電路輸出的電壓怎樣隨角度傳感器的輸入變化？（傳遞函數(shù)）4、恒流源的穩(wěn)定程度主要由什么決定？5、電壓基準為什么要反著接？怎樣改進？6、在這個電路中使用虛斷的前提是什么？7、這個放大電路的“工作點”是什么？例3仔細分析上圖可以發(fā)現(xiàn)，可以用一種更本質(zhì)的方法得到這個電路：這是一個電流反饋電路。通過傳感器的電流在RCRA2上變?yōu)殡妷海?VREF和地之間的壓差），這個電壓被反饋到了運放的反相輸入端，從而構(gòu)成了一個電流負反饋電路。例4大電流恒流源的設計例1電路的重要缺點是輸出電流小，為了增大其輸出電流，自然聯(lián)想到使用分離元器件：例4問題：1、恒流源的“恒流”是多大？2、這個電路能夠提供的最大“恒流”是多大？3、怎樣確定這個電路是負反饋電路？它具有什么樣的負反饋形式？4、電路的工作點是什么？5、怎樣提供更大的輸出電流？例5電流、電荷放大器如果某個傳感器的機理是輸入物理量和輸出的電荷或者電流成正比。則我們就需要一個理想的（內(nèi)阻為0）電流或電荷的“接收器”。當這些傳感器從反相輸入端輸入時，根據(jù)“虛短”原則，這個輸入端將被固定在同相輸入端給定的電平上。而傳感器輸出的電荷或者電流將被完全吸收，從而構(gòu)成輸入電阻為0的理想“接收器”。例5硅光材電池押的接泥收電瀉路電荷芹放大隙器例6阻抗肯變換咽的例渠子注意坦接成陵跟隨心器的蕉運算場放大徹器OP羊AM促1A的作與用：右腿斃驅(qū)動派放大田器OP傍AM醫(yī)1B是一染個反驚相放扣大器跌，它瘋的輸略入阻喜抗等船于1K（RD隸R9）。屆如果縣直接污將Y型電脈阻網(wǎng)著絡的滴中心瘦點直載接連啊接到勁反相濟放大幻玉器的技輸入鋒，相共當于昏在這純個點際和OP鴉AM宣1B的工懂作點RE徑F1議.5之間對連接拳了一鳥個1K的電網(wǎng)阻，潮這個菌電阻攪勢必沫影響Y型電午阻網(wǎng)句絡的能工作技，因焦此必閣須加衡入跟罪隨器紛進行阻抗夸變換。心電姑放大在器右懷腿驅(qū)煎動的狐電路例7增加伍運放窗輸出芝能力握的電稻路普通洋運放晌的輸愁出能桿力在20朽mA左右市，無帽法達蔑到很稅多應護用的凝需求雖。這聲是一毯個通表過推宮挽輸企出的端三極歷管增留加輸采出電算流的范例子梢。問題斬：1、怎邪樣分功析這識個電蒙路的古反饋注，它謝的增袋益是難多大遲？2、這葉個電鍛路中推為什燦么沒魚有出俊現(xiàn)去廳除“炕交越偷失真騙”的投二極既管，場運放倚的什毅么參扒數(shù)決加定了粒不需舉要這誰兩個孫二極咸管？3、除愚了三胞極管涌的飽羅和電估流之服外，澆電路育的輸言出電敲流還莖由什凡么決線定？漂怎樣源提高維？例8播ME性TE蘆R_妨BU博S下行燈調(diào)制ME粘TE察R_炊BU覽S下行咽調(diào)制臥是電殲壓調(diào)管制，仇需要傲讓電戰(zhàn)壓在24黨V和12賄V之間賊切換橡。且饞工作握電流砍較大囑，可助能達煤到10奮0m機A以上猴。比較蟲直接道的一牛種想級法就樸是：豆用小侮電流巴的調(diào)薪整電駐路首挑先產(chǎn)叔生24懶V和12綿V的電響平信鹽號，尚再用擱輸出和電流饞較大拜的“罩跟隨張器”粥來產(chǎn)疾生ME對TE肚R_逼BU膝S的信邀號。例8問題餃：1、功霜率輸幣出部錯分的喘增益犧是多據(jù)大？2、為艇什么跑是一傾個N溝道MO臟S管和劈燕一個PN倘P三極菊管的烈組合筍，且盒三極復管是域一個阻小功變率管詳？3、這僑個電獵路有牛什么逝致命多問題寸？問題從：為什惰么要裹將運落放的喘電源認提高領到30任V？例9減法別器為什蜘么說晴減法串器很尚重要券？實際極設計蠶中（課如心潤電放跳大器嗎和很旦多傳村感器嚼電路拳），拜很多榮情況貝下干暗擾以掌共模蠅形式孟存在陳，即憂干擾漏會同倘時出參現(xiàn)在鞭傳遞衣信號校的兩舉根線川上。憶解決文的辦夜法是投求兩鳳個信塑號線克的差崗。運算仁放大躬器本裁來是躁一個孔三端疊器件品：求冶出兩誤個輸繁入端樓的電傾壓差先，表欠示在巾輸出吵端上茅。但貧直接鄭用運輸算放什大器負求出佳電壓狗之差蘆并不麻是一躺件容垂易的稿事。團原因膚是運怨放的自增益僅很大種，且樂不是冊一個毅恒定籮的值即。例9典型激的減圈法器寸。問題截：1、這兇個放午大電羨路的努工作鄰點是川多少捧伏？2、影甩響這岸個電土路精花度的攔最重滋要因嬸素是支什么障？3、Vr梳ef是否腳可以賓通過劣電阻洋分壓優(yōu)產(chǎn)生劑？4、這偉個電錢路的敏輸入諷阻抗擾是多搏大？根據(jù)辛疊加努原理巡壽，這買個電哀路的卻傳遞辣函數(shù)霜等于申：(V愁O-尖Vr斜ef略)/編(V票1-索V2嫂)=卷K其中K=秋R2或/R敞1=住R4供/R毀3例9減法除器電秧路的并主要兼缺點輸入得阻抗錢不夠囑大，汪無法絮直接呀應用弓在心瘡電放湊大等蒼電路桑中；需要菌精確棍的電默阻網(wǎng)才絡R1頓~R屯4，如尿果這喬四個雀電阻序之間繁的比傍例關艙系有萬誤差詢將嚴販重影離響減洋法器腹的精桶度。增益折調(diào)節(jié)左時需掀要至張少同衣時按遲比例飲改變羅兩個芒電阻慈的阻謊值，記因此粗幾乎旗無法嚷實現(xiàn)雷增益享調(diào)節(jié)陣。例10差分拾放大稿器為了遮解決堤上述死矛盾武，有肚一種忍解決歷方案惕：在掙減法襪器前師面加詠上一壺個差燙分放露大器挪。該侄差分傷放大參器不箏直接瞧去做澡減法碼，而投是完休成放替大——放大票兩個禮信號否的差懂模部胸分，逢共模疏部分抬不變拋，留嫁待后生續(xù)減州法器美解決扶。該差談分放跌大器丙還應穗具有宰以下熄特性借：輸幕入阻蓄抗無哈窮大涂；能墾夠方綢便的粘改變冬差模影信號鎮(zhèn)的放樹大倍萌數(shù)。例10差分為放大椅器問題慎：1、這胸個放石大電那路差姑模增孕益和繡共模鳳增益匹分別寧等于舞多大起？2、輸叔入阻柱抗等踩于多摸大？傾輸入什阻抗借呢？3、通矩過什易么方估法可叨以方紹便的敘改變孔它的駛差模窩增益友？例11儀用腎放大固器將上覺述兩糧種放年大器前合在哈一起纏就得驕到了知我們脆常用栗的“誤儀用立放大亮器”東：AD消62癥0嫁A掠D6俱23綿AD稍82承20合I臂NA技11瘡0淚I弱NA金11者8等等茄。例11儀用近放大轎器由差紋分放丟大器雷提供亡的很姐高的牧輸入餐阻抗規(guī)；由激他光修邁訂的猛非常袍準確矩的電緊阻R1油-R肆4（價匹格較植高的染原因吧），由提供育很高博的共需模抑沉制能高力；可以哈通過偉電阻Rb進行粱方便丘調(diào)節(jié)克的增廈益；輸出挖的是下兩個挎信號存的差項，但箭這個販差的偷表示聚方法炎是相呈：對光于可間變的Vr球ef。也漏就是盤實現(xiàn)勉的電睬平的虧平移像。例11儀用鐮放大假器使咽用注趟意事苦項：不要蒜輕視5腳Vr茅ef，因融為它渠等于釣是提僚供了潛輸出羅的參刮考點餅?？膳埔杂棉o它將輸飽出變偽換到淺所需第的任筒意電券平基坊準上，單祝電源矛應用臭正是她基于毯上述嚇思路類。Vr槳ef引腳輸入室電阻諷不是賢無窮伶大，不煙可以賄由電砌阻分租壓產(chǎn)擊生。儀用陡放大宴器的奮共模故抑制救比和增李益成尤正比。輸入全信號忘電平點不能陽超過疊電源大范圍赤。例12最精懼彩的割一例利用客極低判的失錯調(diào)電肉壓的辣運放完，不初切斷回導線詳，直弱接測峰量導慰線上尚流過行的電輛流。有的剪運放腐的失索調(diào)電且壓已麗經(jīng)非喚常小1u交V，這盲意味劇著在1Ω的導茶線上蒜可以渡描述1u萄A的電軋流，塌這可煮以完挑成一許個