运放及其应用.pptx

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1、2、集成运放的主要技术指标：速度、精度、增益和噪声抑制能力、电源四大类a、增益带宽乘积GBWGBW=Avd fHAvd为中频开环差模增益，fH为上限截止频率(-3dB)第1页/共70页以TL064为例，上图中fH=10z,Avd增益为100dB，即倍故GBW=10 =z=1Mz，所以该运放的单位增益频率为fT=1Mz,若此运放在应用中接成闭环增益为20dB，则此时的上限频率：fH=100kz如：LM324，它的GBW=1.2Mz.b、摆率（转换速率）第2页/共70页SR表示运放所允许的输出电压Vo对时间变化率的最大值。对于LM324，其SR=0.5V/s,当输入信号频率为f=100kz时，其最

2、大不失真输出电压通用运放的SR一般为1V/s,而高速运放可达250V/s,如LM324:它的SR=0.5V/s.如LM324运放接成电压跟随器，当输入电压超过0.8V时，则输出出现失真。第3页/共70页c、共模抑制比CMRR此指标表示集成运放对共模信号的抑制能力（共模信号通常是一种干扰信号）。定义为：d、最大输入和输出电压范围 输入电压：（V-）+5 to（V+）-5 输出电压：（V-）+4 to（V+）-4第4页/共70页e、输入失调电压Uio Uio=Uo/Gain 输入失调电压是加在两输入端之间，使输出为零所需要的电压。输入失调电压与外电路无关，由运放自身性能所决定。第5页/共70页f、

3、温漂电压：Uio/单位温度变化所引起的输入失调电压。如：LM324,它的温漂为 1V/。g、输入偏置电流Ib是两个输入电流之和的一半。第6页/共70页Ib=(Ib+Ib-)/2 Ui=Ib+R1-Ib-R2,因为Ib+跟Ib-很接近，故 Ui=（R1-R2)Ib+，故当R1R2时，由于输入偏置电流的存在,而产生较大的误差电压。如：LM324运放,Ib=20nA,若取R1=10K R2=9K 则：第7页/共70页若放大器的闭环增益为100，则由偏置电流所引起的输出端误差：Uo=10V100=1mVh、静态电流 IQ=2.5mA（OPA324）,IQ=0.024mA(OPA277)IQ=0.8mA

4、(LM324)i、电源电压：例：OPA324：5V18V LM358:+3V32 第8页/共70页第9页/共70页第10页/共70页第11页/共70页常用运放一览表第12页/共70页二、消除放大电路零位误差的几种方法1、选用具有零位调整的运放。2、在放大器输入端加一偏置电路。3、单电源供电的放大电路，主要加一完全对称的放大电路，并且把其中一路接地。运放选用同一芯片内的运放，以便消除温飘的影响。第13页/共70页 三、仪器放大器仪器放大器又称数据放大器：是一种高性能放大器，它一般是有高增益、高共模抑制比、高精度、高速等特点。仪器放大器常用在输入级作信号处理。1.普通运放构成的仪器放大器 第14页

5、/共70页A1和A2产生的输出电压第15页/共70页如输出级完全对称，则要求：R4/R6=R7/R5 故改变R1，即改变放大器增益AdU0=如令R2=R3,R4=R5=R6=R7，则 Ad=第16页/共70页设计要点:a、A1和A2级可设计成高增益，而不致引起较大的直流失调。b、输出级A3尽量用小电阻，以便减少直流失调（Ib引起的）c、R4R7阻值要尽可能相等d、A1和A2要选同一芯片上双运放，这样可利用电路的对称性减少温漂引起的影响。第17页/共70页2.集成仪器放大器典型仪器放大器：INA128Vio=50uV,CMRR=120dB,Ib=5nA,Iq=700uA,Vcc:3-18VG=第

6、18页/共70页四、可编程增益放大器1、用数控电位器构成可编程增益放大器由于U0=故改变RW可改变放大器的增益 第19页/共70页数控电位器X9312技术参数:Vcc=5V,Ic=1mAR=50k电位器可调级数:100级,阻值存贮按键式3线控制/CS/INCU/D阻值LPulseH升LPulseL降H不变第20页/共70页2.集成可编程增益放大器介绍（PGA204）A1A0=00,G=1A1A0=01,G=10A1A0=10,G=100A1A0=11,G=1000第21页/共70页五、隔离放大器在医用仪器等产品中需要对被测信号进行电气隔离，电气隔离有两种：a、用光耦隔离,用于低频 b.用变压器

7、磁隔离,用于高频1、用线性光耦隔离 TiL300技术指标：BW:200KHz VF=1.25V IFmax=50mA 隔离电压3500V 线性度：3第22页/共70页K1=这里K3=1，由手册给定。而IF=1nA20mA。经实测全量程内（02.5V）线性度在0.2%内。设:第23页/共70页2、用专用隔离放大器（AD203S）Vcc=15v,IQ=20mA,BW=10KHz,线性度：0.025%。它内部也由一片光耦隔离。五、电压/电流转换器(U/I)(U/I)在大多数远距离信号传输的场合，往往采用电流环传输，故需要U/I转换。理想U/I转换器的要求是：输出电流大小跟负载无关，当然负载有一定的范

8、围。具体内容见书本P206.第24页/共70页六、有源滤波器 用运放和少量的R,C元件配合，可构成各种有源滤波器，如低通，高通，带通，带阻等。a、带通滤波器 设计要求：中频fo=1000Hz,中心增益H=10,品质因数Q=5,带宽f=fo/Q=200Hz输出电压Uomax=1V。现用二阶电路实现：一般为简化设计取C=C1=C2,现根据设计要求可取C=0.01F第25页/共70页第26页/共70页C.用集成滤波器设计B-B公司生产的UAF42通用有源滤波器，通过外加少量R,C元件及不同接线，可实现带阻，带通，高通，低通滤波器。如要实现低通滤波器，只要在7-14，8-13外接2只电阻，外接元件选折

9、和连线方式参见B-B公司UAF42设计手册第27页/共70页八、精密度整流电路 一般二极管硅管压降为0.7V,锗管为0.3V,肖特基二极管压降为0.2V.并且以二极管转移特性可知，它是非线性的。因此在实际的交直转换电路中，若直接用二极管整流将造成严重的非线性。为此用运放构成有源整流电路，实现精密线性整流。所整流的信号大小为：0.7V/Av;若取Av=1000，则能对0.7mV的信号进行线性整流是完全可能的。第28页/共70页1、反向精密半波整流器当Ui为正半周时，U0,Uout0时，为正半周，D1截止，D2导通。Uo=当Ui0时,VHW=-(R2/R1)VIVI0VV0=-ANVIVI0V0=

10、-AVIVI03、全桥整流电路第33页/共70页第34页/共70页八、A/DA/D转换器A/D转换器按转换方式分：a、双积分型：ICL7106/7107/7135，速度慢，位数多。b、逐次比较型：ADC0809,ADC0816,速度快，位数少。c、开关电容式：TLC1549,速度快，价格低。按输出接口方式分：串行输出，口线少，速度略慢 并行输出，口线多，速度略快第35页/共70页1、A/D转换器主要技术指标：1）分辨率：输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量。往往用数据输出位数表示。分辨率与A/D转换器输入电压量程和输出位数有关。如：输入量程05V，位数10位，则分辨率为5V/10

11、24=5mV。2)精度指标：a、线性误差 b、零误差 c、满量程误差 d、滞后误差3）转换时间 A/D启动转换到转换完成所需要的时间（指转换一次）第36页/共70页2、典型A/D转换器介绍TLC1549是10位分辨率，串行口输出的A/D转换器。其性能指标如下：a、分辨率：10位b、线性误差：1LSBc、转换时间：21s+10 I/O clock周期第37页/共70页TLC1549内部结构如下：第38页/共70页TLC1549与单片机连接图：第39页/共70页/CSI/ODataout12310D9D8D7D0TLC1549信号时序图:第40页/共70页2-42-4低频模拟系统设计举例一、数控直

12、流稳压电源设计1、设计任务设计一个输出电压可调的数控电压源，并由数码管显示其输出值。具体要求如下：(1)、输出电压220V，调节单位0.1V(2)、纹波电压5mA 为此可得：第43页/共70页由 =当输出U0=2V时，得R2值：当输出U0=20V时，得RW值第44页/共70页 故:RW=3.75-0.15=3.6 K 由于输出电压要求调节单位为0.1V，所以220V调节需180个单位。为此可选具有100级的数控可调电位器（型号为XC9C102,1K)4只串联。第45页/共70页b、A/D转换器选择：由于要求输出范围220V,并且调节单位为0.1V;8位A/D转换器单位码值分辨率为=0.078V

13、,考虑到A/D转换器误差和线性度误差（1/2 LSB=0.039V）,故：可选9位以上A/D，如选TLC1459(10位串行A/D)作为输出电压取样A/D转换器。c、LED显示器 输入设定显示和输出电压显示可选3位LED显示。可选择动态扫描显示，或选74LS164移位寄存器作静态显示，可取每段发光管IF=2.2mA,故八段最大IT=18mA第46页/共70页由此 mA 故R2可取5K.D、滤波电容选择：第47页/共70页(2)方案二 前级仍采用变压器将压线性整流，后级采用PWM控制的BUCK(降压变换电路)第48页/共70页1）、控制原理：由AC220V降压整流至直流40V，然后由Buck变换

14、器完成降压功能从上式不难看出，MOS管导通时间越长，则D越大，输出电压就越高,式第49页/共70页2）、单片机选择 为了完成PWM调节功能，可选用Holtek46R47 主要功能：a、4通道，9位A/D b、最高工作频率8MHz c、4kb OPT,80 byte RAM d、8位PWM发生器 e、一个8位定时器，3个中断源 由于片上拥有9位A/D和8位PWM发生，故能轻松完成Buck电路输出端电压采样和180级以上PWM控制。另外Freescale MC68HC908QT2 也拥有A/D、PWM同样可轻松完成控制功能。51系列不行。第50页/共70页3）、PWM发生器工作频率 PWM发生器工

15、作频率由外部晶振和内部程序设定共同决定，可选。4）、驱动电路 单片机不能直接驱动MOS管，故需要一驱动集成块完成驱动任务，为此可选IR2110。5）、Buck主电路MOS管可选 100V,5A 型号为IRF510 100V,7A 型号为IRLI520二极管D可选 HER201 2A/100V第51页/共70页 故可取=0.2mH =139uF故取Cout=220uF/50V，电解电容器第52页/共70页2-3 2-3 直流电源设计电器和电子产品中常需直流电源供电。直流电源有两种：a、线性直流电源 b、非线性直流电源(开关电源)第53页/共70页一、线性直流电源整流电路（隔离式整流）(a)半波整

16、流电路特点：闻博大，所需E较大第54页/共70页Uout=(E足够大)第55页/共70页（b）桥式整流电路特点：纹波小，E小，体积小(E足够大)，如需，则 第56页/共70页特点：纹波小，E小，但变压器需两个绕组，变压器成本增加。第57页/共70页1、常用稳压方法1)稳压二极管稳压 参数：a、稳压电压 b、额定功率 c、稳压电流范围取稳压管最大工作电流的中间值。第58页/共70页常用的稳压管有：On semi公司（安森美），ST公司等的IN5000系列 如：IN5333 3.3V 5W,IN5338 5.1V 5W IN5919B 5.6V 3W,IN5925 10V 3W第59页/共70页2

17、）三端稳压器a、普通三端稳压器：78系列，最大输入电压35v，输出电流1A,输出电压误差5%常用型号:7805，7806，7808，7809，7812，7815，7818V等，7824（40V）其余输入35V.78L系列，最大输入电压36V,输出电流100mA,常用型号有：78L05,78L06,78L09,78L12等第60页/共70页78系列三端稳压器要求输入与输出间压差在3V以上。否则输出电压不能稳定。78稳压精度 1%78系列为正极性稳压器与之对应的有负极性稳压器79系列如：7905(-5V),7909（-9V）,7912(-12V),79L05(-5V,100mA)等78，79系列内

18、部具有过流过湿等保护功能，可靠性高，价低，最致命的缺点，所需入、出压差大，即功耗大。第61页/共70页Ab.输出电压可调三端稳压器常用三端可调稳压器有：LM317得第62页/共70页调节大小，即可方便的改变输出电压。最大输出电流1.5A，最大输出电压32V,最小输出1.25V，电压调节范围：1.25V32V/1.5A。c、压差稳压器 78系列，79系列稳压器价格低，但缺点入出间所需压差大，从而引起功率耗大，电源效率低，尤其对电池供电产品非常不利。第63页/共70页常用低压差稳压器有：Ti公司750系列，TL750L05 4元/每片输出稳压值5V,=150mA 最大输入26V典型压差电压,最大压

19、差0.6V TL750L08,750L10,750L12/12V输出，TPS7350 5V/500mA 最大输入10v,典型压差0.027v,最大压差0.035v.第64页/共70页d、稳压电源 A/D转换器，D/A转换器常需用高精度基准电压即要求基准参考电压不仅稳定，温度系数也要求小，时漂也要求小。只有这样才能保证有较高的电压采样精度。常用电压基准片有：输入均4.530V左右LM336B-2.5 2.5V,1%,LM385B-2.5 2.5V,1.5%,20ppmv/MC1403 2.5V,0.025V,20ppmv/第65页/共70页 AD580 2.5V 0.4%,输入电压范围：4.5V

20、30V.=20mA W431(TL431)输出电压可调，=100150mA第66页/共70页 可调电压基准 电压温漂30ppm/,输入 到36V.第67页/共70页a、负电源输出对于用电池供电的产品如何减少电池数量，为整机线路的某些IC（如双电源供电的运放）提供一组负电源是电子产品设计经常会碰到的一个小问题。对于小电流产品可用ICL7660(max1044)解片。ICL7660主要技术指标：a、工作电压范围：1.5v10vb、转换效率98%c、正电源输入，负电源输出d.50mA第68页/共70页C1和C2称为原电容，一般取10,耐压V+即可。对于大电流输出可用开关电源中的CUK电路解片。第69页/共70页感谢您的观看！第70页/共70页