[工學(xué)]集成芯片—第3章運(yùn)算放大器.ppt

第三章 放大器,2011年9月,內(nèi)容,一、運(yùn)算放大器基礎(chǔ) 二、高精度運(yùn)算放大器LMP2011 三、低漂移放大電路ICL7650 四、低功耗儀器放大器INA102 五、可編程儀器放大器PGA103 六、隔離放大器ISO100,一、運(yùn)算放大器基礎(chǔ),運(yùn)算放大器基本組成 運(yùn)算放大器符號 運(yùn)算放大器等效電路和傳輸特性 運(yùn)算放大器主要參數(shù) 放大電路的基本形式 運(yùn)算放大器類型,甲乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路,運(yùn)算放大器基本組成,！高放大倍數(shù)差動輸入直流放大器,運(yùn)算放大器符號,常用符號,國家標(biāo)準(zhǔn)符號,741管腳,運(yùn)算放大器等效電路和傳輸特性,等效電路,傳輸特性,運(yùn)算放大器主要參數(shù),1) 輸入失調(diào)電壓 U IO,使 UO = 0，輸入端施加的補(bǔ)償電壓 一般mV數(shù)量級，高精度 V數(shù)量級 溫度漂移數(shù)十 V/度，高精度1 V/度以下 失調(diào)電壓易消除，但溫度漂移不能直接消除，應(yīng)該選用低失調(diào)和低溫度漂移的器件和采用斬波穩(wěn)零放大器,2) 輸入偏置電流 I IB,UO = 0 時(shí),雙極性晶體管輸入10 nA 1 A，場效應(yīng)晶體管輸入一般小于1 nA 當(dāng)輸入偏置電流較大或需要高精度直流放大器時(shí)，兩個(gè)輸入端電阻要匹配,運(yùn)算放大器主要參數(shù),電阻如何匹配？,3) 輸入失調(diào)電流 IIO,UO = 0 時(shí)，,1 nA 0.1 A 失調(diào)電流易消除，但溫度漂移不能直接消除，應(yīng)該選用低失調(diào)和低溫度漂移的器件和采用斬波穩(wěn)零放大器,運(yùn)算放大器主要參數(shù),4) 開環(huán)電壓增益 Aud,100 140 dB,運(yùn)算放大器主要參數(shù),5) 差模輸入電阻 R id,輸出電阻 Ro,（電阻+電容） 雙極型：幾十千歐 幾兆歐，場效應(yīng)管：一般大于1000兆歐,幾十歐 幾百歐,6) 共模抑制比 KCMR, 80 dB,線性區(qū)域,運(yùn)算放大器主要參數(shù),7) 最大差模輸入電壓 UIdM,當(dāng) UId 過大時(shí)，反偏的 PN 結(jié)可能因反壓過大而被擊穿。,8)最大共模輸入電壓 UICM,9) 最大輸出電壓幅度 UOPP,特定負(fù)載下，輸出的最大電壓幅度 軌-軌運(yùn)算放大器UOPP近似為電源電壓,當(dāng)共模抑制比變壞時(shí),運(yùn)算放大器主要參數(shù),10) 開環(huán)帶寬 SW,當(dāng)開環(huán)電壓增益下降3dB時(shí)，對應(yīng)信號的頻率 一般幾十KHz,11) 單位增益帶寬 GB,當(dāng)閉環(huán)電壓增益為1時(shí)，加入正弦小信號,閉環(huán)電壓增益下降到0.707, 對應(yīng)信號的頻率,12) 轉(zhuǎn)換速率電壓擺率 SR,當(dāng)額定負(fù)載下, 加入階躍大信號,輸出電壓最大變化速率,運(yùn)算放大器主要參數(shù),13) 等效輸入噪聲電壓UN,輸出噪聲電壓等效到輸入端 一般有效值10-20 V,放大電路的基本形式,同相放大器：,輸入阻抗高、輸出阻抗小 可用于阻抗變換、隔離,交流放大器,電壓跟隨器,放大電路的基本形式,反相放大器：,高頻放大器？,低頻放大器？,放大電路的基本形式,差動放大器：,去共模干擾,影響共模抑制比主要因素： 匹配精度、放大器共模抑制比、開環(huán)增益、輸入阻抗等,放大電路的基本形式,運(yùn)算放大器一定存在虛短和虛斷,？,虛短,虛斷,u+ u 0,i+ = i 0,放大電路的基本形式,虛短和虛斷,？,線性和非線性,？,運(yùn)算放大器類型,低噪聲運(yùn)算放大器 精密運(yùn)算放大器 高CMRR運(yùn)算放大器 高輸入阻抗運(yùn)算放大器 高速運(yùn)算放大器 寬帶運(yùn)算放大器 低功耗運(yùn)算放大器 大功率運(yùn)算放大器 軌軌運(yùn)算放大器 斬波穩(wěn)零運(yùn)算放大器 儀用放大器 可編程放大器 隔離放大器 單電源和雙電源 單運(yùn)放、雙運(yùn)放和四運(yùn)放,主要應(yīng)用領(lǐng)域：工業(yè)設(shè)備、醫(yī)療、汽車電子 Precision instrumentation amplifiers Thermocouple amplifiers Strain gauge bridge amplifier,（High Precision, Rail-to-Rail Output Operational Amplifier）,二、高精度運(yùn)算放大器LMP2011,LMP2011- 特點(diǎn),LMP2011- 管腳及工作參數(shù),LMP2011應(yīng)用-熱電阻測量溫度,注意： 電源電壓 放大倍數(shù) 接法 各個(gè)放大器作用,LMP2011應(yīng)用-應(yīng)變電橋放大器,放大倍數(shù) (增益調(diào)R3) 低失調(diào)和漂移 CMRR 大于 108 dB(決定于電阻匹配),注意： 電源電壓 放大倍數(shù)（作業(yè)） 接法 各個(gè)放大器作用 電阻選擇,美國國家半導(dǎo)體公司-高精度放大器產(chǎn)品,TI公司,三、 斬波穩(wěn)零運(yùn)算放大器ICL7650,引言 斬波穩(wěn)零運(yùn)算放大器ICL7650原理 ICL7650特性 ICL7650典型應(yīng)用,引言,在微弱信號的測量中，常常需要放大微伏級的電信號； 普通的運(yùn)算放大器的輸入失調(diào)電壓一般在數(shù)百微伏以上，而失調(diào)電壓的溫度系數(shù)在零點(diǎn)幾微伏以上； 輸入失調(diào)電壓可以被調(diào)零，漂移難以消除； 失調(diào)電壓及其漂移、共模電壓、低頻噪聲、電源電壓變化等對運(yùn)算放大器的影響被降低到最小。,斬波穩(wěn)零運(yùn)算放大器-ICL7650原理,SUPER CHOPPER- STABILIZED OPERATIONAL AMPLIFIER,誤差檢測和寄存：,校零和放大：,ICL7650原理說明,主放大器：它與一般的運(yùn)算放大器不同之處在于，它有三個(gè)輸入端。除引出芯片外部的同相和反相輸入端外，其在芯片內(nèi)部還有一個(gè)用于校零的同相輸入端。 校零放大器：它也有三個(gè)輸入端，但與主放大器相反，在芯片內(nèi)部的輸入端是反相輸入端。 時(shí)鐘和開關(guān)電路：內(nèi)部時(shí)鐘產(chǎn)生時(shí)鐘信號，控制各開關(guān)按一定的時(shí)序閉合與斷開。200Hz 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)：它使電路在較寬的頻帶內(nèi)有平坦的響應(yīng)。 箝位電路（CLAMP）：它實(shí)際上是一個(gè)當(dāng)輸出與電源電壓相差接近1V時(shí)動作的開關(guān)，把CLAMP與運(yùn)放的反相輸入端短接，則其引入的深度負(fù)反饋可使電路在過載時(shí)的增益大大下降以防止飽和。它可以加速電路在過載后的恢復(fù)。,ICL7650特性,管腳,典型應(yīng)用,兩個(gè)記憶電容CXA和CXB必須使用絕緣電阻很高的優(yōu)質(zhì)電容器。例如，聚酯薄膜電容器、聚苯乙烯電容器、聚丙烯電容器等 容量可以從0.1F至1F中選擇。 高精度放大器，往往在輸入電壓為微伏量級的情況下高增益工作。要保證放大器的精度，負(fù)反饋電阻必須有足夠的精度，且電路的閉環(huán)增益不能太大； 提高印制板的質(zhì)量，防止印板表面的漏電流。為此，可在印制板上設(shè)置保護(hù)環(huán)，尤其是14引腳和20引腳的芯片，可以充分利用輸入端周圍的空腳，構(gòu)造保護(hù)環(huán),ICL7650-熱電偶測溫電路,E(T,0 )=E(T,t0)+E(t0,0 ),冷端補(bǔ)償,熱電偶,電壓平移,放大器,零點(diǎn)放大倍數(shù)調(diào)整,-273.1533 氦氣的制冷機(jī)可以達(dá)到零下271度 273K-0 c,四、低功耗儀器放大器INA102,Low-Noise,低功耗儀器放大器INA102-內(nèi)部電路,低功耗儀器放大器INA102-基本連接,低功耗儀器放大器INA102-外部電阻增益調(diào)節(jié),低功耗儀器放大器INA102-電橋放大,低功耗儀器放大器INA102-心電前置放大,XTR110V TO I介紹,電流電壓？ 電壓電流？ 要求？,低功耗儀器放大器INA102- V / I,XTR110V TO I介紹,改變輸出電流?,低功耗儀器放大器INA102- V / I,電橋到4MA-20MA轉(zhuǎn)換,低功耗儀器放大器INA102- V / I,五、可編程儀器放大器PGA103,功能 高共模電壓環(huán)境下的小信號測量，對被測對象和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)予以隔離，提高共模抑制比，抗干擾 低漂移 電機(jī)控制 保護(hù)電子儀器設(shè)備 人身安全 分類 按耦合方式不同，分為變壓器耦合、電容耦合和光電耦合 采用變壓器耦合的隔離放大器有： 、 、 采用電容耦合的隔離放大器有： 、 采用光電耦合的隔離放大器有： 、 、惠普公司 內(nèi)置變換器： 、 、 、（三端隔離)、 、（三端隔離）、,六、隔離放大器ISO100,光電隔離放大器 ISO100,原理圖,small size, low offset and drift, wide bandwidth, ultra low leakage, and low cost,ISO100-特性,ISO100-單極性輸入,Attention： A current more negative than 20nA is n