模拟电子设计技术--运算放大器.pptx
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1、运算放大器及其基本应用运算放大器及其基本应用运算放大器是一种高增益多级直接耦合放大器运算放大器是一种高增益多级直接耦合放大器1 1 运算放大器的基本特性运算放大器的基本特性 输入偏置电流输入偏置电流IIB:表示了运放输入端正常工作时需提供的偏表示了运放输入端正常工作时需提供的偏置电流置电流,它的大小间接反映了运放芯片的输入电阻。,它的大小间接反映了运放芯片的输入电阻。IIB愈小,愈小,输入电阻愈大,芯片的温漂和运算精度愈高。理想运放为输入电阻愈大,芯片的温漂和运算精度愈高。理想运放为0。输入失调电压输入失调电压VIO:反映了运放芯片本身输入级差分对管的反映了运放芯片本身输入级差分对管的对称程度
2、,所以当对称程度,所以当VI=0时,时,VO0。为了使输出为。为了使输出为0,等效在,等效在输入端施加的补偿电压(失调补偿调零电位器不起作用时)输入端施加的补偿电压(失调补偿调零电位器不起作用时)即为即为VIO。愈小愈好,理想运放。愈小愈好,理想运放VIO=0。输入失调电流输入失调电流IIO:当运放的输出电压为零时,将两输入端偏当运放的输出电压为零时,将两输入端偏置电流的差称为输入失调电流。置电流的差称为输入失调电流。IIO=IP-IN。运算放大器的基本特性运算放大器的基本特性开环增益开环增益:直接影响运算精度和许多特性指标,直接影响运算精度和许多特性指标,Ao愈大愈好。愈大愈好。理想运算放大
3、器理想运算放大器Ao为无穷大。为无穷大。差模输入电阻差模输入电阻rid:指的是输入端参加差模信号时,运放指的是输入端参加差模信号时,运放芯片的输入呈现的电阻。芯片的输入呈现的电阻。rid愈大,意味着从信号源(或前愈大,意味着从信号源(或前级电路)提取的电能愈小,对信号源影响愈小。也就是级电路)提取的电能愈小,对信号源影响愈小。也就是rid对信号源而言,就相当于它的负载。理想运放的对信号源而言,就相当于它的负载。理想运放的rid 为无为无穷大。穷大。理想运放输出电阻理想运放输出电阻ro。理想闭环电路。理想闭环电路ro=0,ro表征器件对表征器件对负载的驱动能力。负载的驱动能力。带带宽宽BW,又又
4、称称单单位位增增益益带带宽宽或或增增益益带带宽宽积积。指指的的是是当当运运放放的的闭闭环环增增益益为为1(即即0dB)时时的的带带宽宽。一一般般增增益益与与带带宽宽的的乘乘积积为为一一常常数数,故故闭闭环环增增益益愈愈高高,实实际际运运放放电电路路的的带带宽宽愈愈小小。运运放放的的BW主主要要由由芯芯片片内内部部的的器器件件与与电电路路决决定定。理理想运放的想运放的BW 为无穷大。为无穷大。供电电源供电电源:单极性,双极性。理想运放供电不受限制。单极性,双极性。理想运放供电不受限制。功耗功耗PC:理想运放为零:理想运放为零共模抑制比共模抑制比CMRR:反响了芯片对共模信号的抑制能力:反响了芯片
5、对共模信号的抑制能力输输入入噪噪声声Vn:每个运放都有内部寄生噪声,运放的噪声是通过在输出端测量然后换算到输入端的.噪声是一个随机交流信号,包含全频率段的频率成分,而且它是运放固有的,无法通过在输入端加上相反的电压来消除。为了减小模拟电路的噪声,我们通常能做的有:1)选择噪声较小的运放。2)想方法减小模拟地的噪声。3)使用高PSRR的线性电源管理芯片单独为模拟电路供电,以减小电源上的噪声。4)对信号进行滤波。5)尽量使用10K以下阻值的电阻,因为电阻会引入热噪声,引入的热噪声大小与电阻值成正比。电电压压噪噪声声频频谱谱密密度度是指每平方根赫兹的有效(RMS)噪声电压(通常单位为nV/)电电源源
6、抑抑制制比比PSRR:输入电源变化量(以伏为单位)与转换器输出变化量(以伏为单位)的比值,常用分贝表示 转转换换速速率率(摆摆动动率率)SR:运放在大幅度阶跃信号作用下,输出信号所能到达的最大变化率,单位:V/uS调零消除失调误差运放调零的基本原理:在运放的输入端外加一个补偿电运放调零的基本原理:在运放的输入端外加一个补偿电压,以抵消运放本身的失调电压,到达调零的目的。压,以抵消运放本身的失调电压,到达调零的目的。有些运放已经引出调零端,只需要按照器件的规定,接有些运放已经引出调零端,只需要按照器件的规定,接入调零电路进行调零即可。没有调零端的,可采用同相入调零电路进行调零即可。没有调零端的,
7、可采用同相调零或者反相调零的方法。调零或者反相调零的方法。运算放大器的基本特性运算放大器的基本特性2 2运算放大器的一个重运算放大器的一个重要特性要特性三三“虚虚”虚断虚断 虚地虚地虚短虚短 1 1 基本放大电路基本放大电路 放大倍数放大倍数:输入电阻输入电阻:输出电阻输出电阻:Ri=R1Ro=0Ri=ricRo=0Ric:运放同相端对地运放同相端对地共模输入电阻,一般共模输入电阻,一般为为108欧。欧。平衡电阻平衡电阻:RP=R1/RF2 2 差分输入放大电路差分输入放大电路 输入输出关系输入输出关系:如何实现如何实现Uo=(Ui2-Ui1)K?R1=R3,R2=R42 2 差分输入放大电路
8、差分输入放大电路 输入输出关系输入输出关系:Ui1Ui2输入电阻无穷大输入电阻无穷大,便携式电子产品中应用便携式电子产品中应用2 2 差分输入放大电路差分输入放大电路 输入输出关系输入输出关系:R1=R2输入电阻无穷大输入电阻无穷大,完成双极性到单极性放大完成双极性到单极性放大.常用于仪表放大电常用于仪表放大电路路3 3 精密整流放大电路精密整流放大电路 Ui大于零时大于零时,二极管导通情况二极管导通情况:D2导通导通,D1截止截止Ui小于零时小于零时,二极管导通情况二极管导通情况:D1导通导通,D2截止截止如果如果:4 4 微分电路微分电路 反响电流设置在反响电流设置在0.10.5mA缺点缺
9、点:信号频率增加时信号频率增加时,电容容抗减小电容容抗减小,放大倍数增加放大倍数增加.对高频噪对高频噪声敏感声敏感.有用微分电路有用微分电路RC1=RfC5 5积分电路积分电路 Cf小于小于1uF缺点缺点:低频时低频时,电容容抗很大电容容抗很大,放大倍数增加放大倍数增加.有用积分电路有用积分电路R10R16 比较器比较器7 窗比较器窗比较器8 RC正弦波振荡器正弦波振荡器文氏电桥文氏电桥振荡频率振荡频率起振条件起振条件稳定条件稳定条件8 RC正弦波振荡器正弦波振荡器双双T正弦波振荡器正弦波振荡器振荡频率振荡频率振荡频率振荡频率起振条件起振条件9 方波信号发生器方波信号发生器10 阶梯波发生器阶
10、梯波发生器一个方波周期内一个方波周期内阶梯波周期阶梯波周期11 自举式交流电压放大器自举式交流电压放大器放大倍数放大倍数:输入电阻输入电阻:耦合电容耦合电容:Ri=R112 单电源供电的交流电压放大器单电源供电的交流电压放大器13 方波三角波产生电路方波三角波产生电路a断开时断开时,U+=U-=0,假设假设UO1=VCC得:得:同理,同理,UO1=-VCC时,可得时,可得13 方波三角波产生电路方波三角波产生电路UO1=VCC时时13 方波三角波产生电路方波三角波产生电路三角波周期三角波周期三角波频率三角波频率三角波幅度三角波幅度14 方波锯齿波产生电路方波锯齿波产生电路锯齿波周期锯齿波周期锯
11、齿波频率锯齿波频率锯齿波幅度锯齿波幅度14 三角波正弦波变换三角波正弦波变换15 滤波器设计滤波器设计滤波器幅频特性滤波器幅频特性15 滤波器设计滤波器设计三种类型的有源低通滤波器三种类型的有源低通滤波器滤波器的品质因数滤波器的品质因数Q,也称为滤波,也称为滤波器的截止特性系数,其值决定于器的截止特性系数,其值决定于f=f0附近的频率特性。附近的频率特性。巴特沃斯:巴特沃斯:Q=0.707,幅频特性无峰值,幅频特性无峰值,在在f=f0附近处的特性曲线单调减附近处的特性曲线单调减切比雪夫:切比雪夫:Q=1,f=f0附近的截止特性附近的截止特性最好,曲线衰减最陡。但通带有幅频最好,曲线衰减最陡。但
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