集成運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)方法

集成運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)方法集成運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)方法運(yùn)算放大器電路大全很多時(shí)候，電路的設(shè)計(jì)者必需用單電源供電，但是他們不知道該如何將雙電源的電路轉(zhuǎn)換成單電源電路。內(nèi)容。1．1電源供電和單電源供電全部的運(yùn)算放大器都有兩個(gè)電源引腳，一般在資料中，它們的標(biāo)識(shí)是VCC＋和VCC－，但是有些時(shí)候它們的標(biāo)識(shí)是VCC＋和GND。這是由于有些數(shù)據(jù)手冊(cè)的作者企圖將這種標(biāo)識(shí)的――他手冊(cè)，特別是確定最大供電電壓和電壓搖擺說(shuō)明。絕大多數(shù)的模擬電路設(shè)計(jì)者都知道怎么在雙電源電壓的條件下使用運(yùn)算放大器，比方圖一左15V，12V5V也是常常使用的。輸入電壓和輸出電壓都是參考地給出的，還包括正負(fù)Vom以及最大輸出擺幅。單電源供電的電路(圖一中右)VCC＋，地或者VCC－引腳連接到GNDVom之內(nèi)。有一些的運(yùn)放有兩個(gè)不同的最高輸出電壓和最低輸出電壓。這種運(yùn)放的數(shù)據(jù)手冊(cè)中會(huì)特別分VohVol。需要特別留意的是有不少的設(shè)計(jì)者會(huì)很隨便的用虛地來(lái)參考輸入電壓和輸出電壓，但在大局部應(yīng)用中，輸入和輸出是參考電源地的，所以設(shè)計(jì)者必需在輸入和輸出的地方參加隔直電容，用來(lái)隔離虛地和地之間的直流電壓。(1.3節(jié))圖一3V也或者會(huì)更低。出于這個(gè)緣由在單電源供電的電路中使用的運(yùn)放根本上都是Rail－To－Rail的運(yùn)放，這樣就消退了喪失的動(dòng)態(tài)范圍。需要特別指出的是輸入和輸出不肯定都能夠承受Rail－To－Rail(Rail－To－Rail)放的輸出或者輸入不支持軌至軌，接近輸入或者接近輸出電壓極限的電壓可能會(huì)使運(yùn)放的功能退化，所以需要認(rèn)真的參考數(shù)據(jù)手冊(cè)是否輸入和輸出是否都是軌至軌。這樣才能保證系統(tǒng)的功能不會(huì)退化，這是設(shè)計(jì)者的義務(wù)。1.2虛地單電源工作的運(yùn)放需要外部供給一個(gè)虛地，通常狀況下，這個(gè)電壓是VCC/2，圖二的電路可VCC/2的電壓，但是他會(huì)降低系統(tǒng)的低頻特性。圖二R1R2C1是一個(gè)低通濾波器，用來(lái)削減從電源上傳來(lái)的噪聲。在有些應(yīng)用中可以無(wú)視緩沖運(yùn)放。100K，當(dāng)這種狀況發(fā)生時(shí)，電路圖中均有注明。1.3溝通耦合輸入和輸出電壓一般都是參考電源地的，假設(shè)直接將信號(hào)源的輸出接到運(yùn)放的輸入端，這將會(huì)產(chǎn)生不行承受的直流偏移。假設(shè)發(fā)生這樣的事情，運(yùn)放將不能正確的響應(yīng)輸入電壓，由于這將使信號(hào)超出運(yùn)放允許的輸入或者輸出范圍。件級(jí)間的耦合電容就不是肯定要使用：第一級(jí)運(yùn)放的參考地是虛地其次級(jí)運(yùn)放的參考第也是虛地得電路超出它的正常工作電壓范圍。前級(jí)的輸出就就必需要用電容做隔離。(或者電路有問(wèn)題)1.4組合運(yùn)放電路除非特別說(shuō)明，否則本文中的全部濾波器單元的增益都是1。1.5選擇電阻和電容的值1歐的還是應(yīng)當(dāng)1K100K歐級(jí)是比較適宜的。高速的1001K1兆級(jí)到10兆歐級(jí)，但是他們將增大系統(tǒng)的噪聲。用來(lái)選擇調(diào)整電路參數(shù)的電阻電容值的根本方程在1％E－96系列(A)。一但E－12系列電容。E－24系列電容用來(lái)做參數(shù)的調(diào)整，但是應(yīng)當(dāng)盡量不用。用來(lái)做電路參數(shù)調(diào)整的電容不應(yīng)當(dāng)51％。放大放大電路有兩個(gè)根本類型：同相放大器和反相放大器。他們的溝通耦合版本如圖三所示。對(duì)于溝通電路，反向的意思是相角被移動(dòng)180――Cin。Cin被被省略，那么就必需對(duì)直流放大進(jìn)展計(jì)算。在高頻電路中，不要違反運(yùn)放的帶寬限制，這是格外重要的。實(shí)際應(yīng)用中，一級(jí)放大電路的100倍(40dB)，再高的放大倍數(shù)將引起電路的振蕩，除非在布板的時(shí)候就格外留意。假設(shè)要得到一個(gè)放大倍數(shù)比較的大放大器，用兩個(gè)等增益的運(yùn)放或者多個(gè)等增益運(yùn)放比用一個(gè)運(yùn)放的效果要好的多。圖三衰減傳統(tǒng)的用運(yùn)算放大器組成的反相衰減器如圖四所示。圖四R2R1。這種方法是不被推舉的，由于很多運(yùn)放是不適宜工作在放大倍數(shù)小1倍的狀況下。正確的方法是用圖五的電路。圖五R3的阻值可以用作產(chǎn)生不同等級(jí)的衰減。對(duì)于表中沒(méi)有的阻值，可以用以下的公式計(jì)算R3＝(Vo/Vin)/(2-2(Vo/Vin))假設(shè)表中有值，按以下方法處理：RfRin1K100K之間選擇一個(gè)值，該值作為根底值。RinRinARinB。12Rf、Rin1Rin2，如圖五中所示。R3選擇一個(gè)適宜的比例因子，然后將他乘以根底值。RinB10K12.1K的電阻就可以得到－3dB的衰減。表一圖六中同相的衰減器可以用作電壓衰減和同相緩沖器使用。圖六加法器圍。同相加法器是可以實(shí)現(xiàn)的，但是是不被推舉的。由于信號(hào)源的阻抗將會(huì)影響電路的增益。圖七減法器留下伴音(在錄制時(shí)兩通道中的原唱電平是一樣的，但是伴音是略有不同的)。圖八模擬電感就顯得尤為重要。圖九它可以讓直流電沒(méi)有任何限制的通過(guò)，對(duì)頻率是無(wú)窮大的信號(hào)有無(wú)窮大的阻抗。R1加到運(yùn)放的反相輸入端上的時(shí)候，運(yùn)放的輸出將不會(huì)有任何C1也同樣加到了正相輸出端上，運(yùn)放的輸出端表現(xiàn)出了很高的阻抗，就像一個(gè)真正的電感一樣。C1R2進(jìn)展充電，R2上電壓不斷下降，運(yùn)放通過(guò)電阻R1吸取電(Vcc/2)。C1R1Q有一些模擬電感的限制：電感的一段連接在虛地上；QR1；壓的擺幅。儀用放大器用放大器利用了同相輸入端高阻抗的優(yōu)勢(shì)。根本的儀用放大器如圖十所示。圖十供電。這個(gè)電路實(shí)際上是一個(gè)單電源的應(yīng)變儀。這個(gè)電路的缺點(diǎn)是需要完全相等的電阻，否則這個(gè)電路的共模抑制比將會(huì)很低。圖十中的電路可以簡(jiǎn)潔的去掉三個(gè)電阻，就像圖十一中的電路。圖十一益。另外用兩個(gè)運(yùn)放也可以組成儀用放大器，就像圖十二所示。圖十二VinVin＋上的信號(hào)更多的時(shí)間才能到達(dá)輸出端。這節(jié)格外深入地介紹了用運(yùn)放組成的有源濾波器。在很多狀況中，為了阻擋由于虛地引起的直流電平，在運(yùn)放的輸入端串入了電容。這個(gè)電容實(shí)際上是一個(gè)高通濾波器，在某種意義上說(shuō)，像這樣的單電源運(yùn)放電路都有這樣的電容。設(shè)計(jì)者必需確定這個(gè)電容的容量必需要比電100電容的影響。假設(shè)這個(gè)濾波器同時(shí)還有放大作用，這個(gè)電容的容量最好是電路中其他電容容1000倍以上。假設(shè)輸入的信號(hào)早就包含了VCC/2的直流偏置，這個(gè)電容就可以省略。VCC/2的直流偏置，假設(shè)電路是最終一級(jí)，那么就必需串入輸出電容。實(shí)現(xiàn)很簡(jiǎn)潔，但是以下幾點(diǎn)設(shè)計(jì)者必需留意：濾波器的拐點(diǎn)(中心)頻率濾波器電路的增益帶通濾波器和帶阻濾波器的的Q值低通和高通濾波器的類型(Butterworth、Chebyshev、Bessell)無(wú)選擇，只能使用傳統(tǒng)的濾波器，通過(guò)計(jì)算就可以得到了。一階濾波器20dB每倍頻的幅頻特性低通濾波器典型的低通濾波器如圖十三所示。圖十三高通濾波器典型的高通濾波器如圖十四所示。圖十四文氏濾波器文氏濾波器對(duì)全部的頻率都有一樣的增益，但是它可以轉(zhuǎn)變信號(hào)的相角，同時(shí)也用來(lái)做相角修正電路。圖十五中的電路對(duì)頻率是F900度，對(duì)高180度。圖十五二階濾波器濾波器拓?fù)錁?gòu)造，只是將那些簡(jiǎn)潔實(shí)現(xiàn)和便于調(diào)整的列了出來(lái)。40dB每倍頻的幅頻特性。QButterworthChebyshevButterworth濾波器可以準(zhǔn)確的計(jì)算出拐點(diǎn)頻率，ChebyshevBessell濾波器只能在Butterworth濾波器的根底上做一些微調(diào)。Q波器就需要用高通濾波器和低通濾波器串連起來(lái)。對(duì)于帶通濾波器的通過(guò)特性將是這兩個(gè)濾波器的交疊局部，對(duì)于帶阻濾波器的通過(guò)特性將是這兩個(gè)濾波器的不重疊局部。這里沒(méi)有介紹反相Chebyshev和Elliptic濾波器，由于他們已經(jīng)不屬于電路集需要介紹的范圍了。不是全部的濾波器都可以產(chǎn)生我們所設(shè)想的結(jié)果――比方說(shuō)濾波器在阻帶的最終衰減幅度在Sallen－Key濾波器中的大。由于這些特性超出了電路圖集的介紹范圍，請(qǐng)大家到教科書(shū)上去查找每種電路各自的優(yōu)缺點(diǎn)。不過(guò)這里介紹的電路在不是很特別的狀況下使用，其結(jié)果都是可以承受的。Sallen－Key濾波器Sallen-Key濾波器是一種流行的、廣泛應(yīng)用的二階濾波器。他的本錢很低，僅需要一個(gè)運(yùn)放ButterworthChebyshev濾波器就不行能這么簡(jiǎn)潔的調(diào)整了。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)者參看參考條目【1】和參考條目【2】，那里介紹了各種拓?fù)涞募?xì)節(jié)。這個(gè)電路是一個(gè)單位增益的電路，轉(zhuǎn)變Sallen－Key濾波器的增益同時(shí)就轉(zhuǎn)變了濾波器的幅Sallen－Key1Butterworth濾波器。圖十六多反響濾波器多反響濾波器是一種通用，低本錢以及簡(jiǎn)潔實(shí)現(xiàn)的濾波器。不幸的是，設(shè)計(jì)時(shí)的計(jì)算有些簡(jiǎn)單1】中的對(duì)多反響濾波器的細(xì)節(jié)介紹。假