運放使用指南

1、如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!運放使用指南1、 反相放大器（the inverting amplifier） 基本反相放大器電路如圖1所示。其中，當?shù)臄?shù)值遠小于op開環(huán)增益時，這個數(shù)值就是反相放大器的增益，運算放大器的輸入阻抗就是的值， 在設計時要注意的是：的阻值應該等于和的并聯(lián)阻值，以減小輸入偏置電流所帶來的失調電壓。運放輸入端失調電壓的主要來源是偏置電流（input bias current）和輸入失調電壓（input offest voltage）。對于一個給定的op，輸入失調電壓就已經(jīng)確定了，但是由于輸入失調電流所帶來的失調電壓與所采用的電路的結構有關系。為了在不使用使調整

2、電路的情況下，減小輸入偏置電流所帶來的失調電壓，應該使得同相輸入端和反相輸入端對地直流電阻相等，使得由于偏置電流在輸入電阻上壓降所帶來的失調電壓相互抵消。在低內阻信號源的放大器中，op的輸入失調電壓將成為失調電壓誤差的主要來源。在高輸入阻抗的情況下，失調電壓可以采用的阻值來調整，利用輸入偏置電流在其上的壓降來對輸入失調電壓做補償（即用這個得到的壓降來抵消輸入失調電壓）。在交流耦合時，失調電壓并不顯得很重要。這時的主要問題是：失調電壓減小了輸入電壓峰峰值的線性動態(tài)范圍。工作范圍在閉環(huán)狀態(tài)下的op和其反饋網(wǎng)絡的增益頻率特性為了實現(xiàn)穩(wěn)定，op和反饋環(huán)路對任何頻率的信號，在環(huán)路增益大于1時的環(huán)路相移的

3、角度絕對不能超過。在實踐上，為了達到穩(wěn)定條件，相移角度不應該接近。對于一個給定的op放大器電路，在進行電容補償是需要在穩(wěn)定性和帶寬之間進行權衡。加大補償電容可以提高穩(wěn)定性。但是犧牲了放大器的增益帶寬，反之亦然。2、同相放大器（the non-inverting amplifier）圖2是高輸入阻抗的同相放大器電路，其閉環(huán)放大倍數(shù)，1 / 10如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!其3db帶寬。和反相電路相比，其最大的不同點在于，其輸出信號和輸入信號是同相的，且其輸入阻抗是相當高的，為op差模輸入阻抗與環(huán)路增益的乘積。對于圖2所示電路，除了一點之外，均和反相放大器相同，在輸入端懸浮的狀態(tài)下，

4、本電路的輸出可能絕和，這點在要求op輸出電壓范圍能夠達到電源電壓范圍的時候很重要，對補償?shù)挠懻摵头聪喾糯笃飨嗤?、 單位增益緩沖器（the unity-gain buffer） 單位增益緩沖器如圖3所示。該電路在所有的放大組態(tài)電路中，具有最高輸入阻抗。其輸入阻抗為開環(huán)增益與差模輸入阻抗之積和共模輸入阻抗串聯(lián)。其增益誤差為開環(huán)增益的倒數(shù)。本電路在設計時應注意的事項有3個： 必須對op在單位增益狀態(tài)下做補償； 輸出電壓的擺幅可能會被op的共模范圍所限制； 在輸入超過共模范圍時，有的op可能會進入阻塞狀態(tài)。例如，lm107可以避免上述問題。另外，也可以選用高速op，例如lm102。單電源運放中將信

5、號提高至的電路電路如圖4所示。在圖4a）所示電路中，c的作用是避免當調整時，a點直流電位隨之變化。圖4b）所示電路中，是用來阻止電路產(chǎn)生直流放大，電路只對交流產(chǎn)生放大作用。，圖4c）所示電路中， impendance=,forminimum error dueto input bias current.2 / 10如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!衰減（輸出電壓小于輸入電壓）電路由運放組成的雙電源供電的反向衰減器如圖5a）所示，由單電源供電的反向衰減器如圖5b）。在電路中，要小于，但這種方法是不被推薦的，因為很多運放是不適宜工作在放大倍數(shù)小于1的情況，正確的連接方法如圖6a）、6b）所

6、示，圖6a）所示電路為雙電源供電電路，圖6b）所示電路為單電源供電電路。對于圖6a）所示電路，對于圖6b)所示電路， 表1給出了單電源供電情況下，阻值所產(chǎn)生的不同等級衰減，對于表中沒有的阻值，可以用來計算。3 / 10如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!表1 不同衰減等級的的阻值db01.00-0.50.94418.4383-10.89134.0977-20.79430.9311-3.010.70711.2071-3.520.66671.0000-40.63100.8549-50.56230.6424-60.50120.5024-70.44670.4036-80.39810.3307-9

7、0.35480.2750-9.540.33330.2500-100.31620.2312-120.25120.1667-13.980.20000.1250-150.17780.1081-15.560.16670.1000-16.900.14290.0833-200.10000.05556-250.05620.02979-300.03160.01633-400.0100.005051note：“-”表示衰減。如果表1中有值，按一下方法處理：1、 為和在1k到100k之間選擇一個值，以該值作為基礎值；2、 將除以2，得到和。3、 將基礎值分別乘以1或者2，就得到了、。如圖6所示。在表1中，給選擇一

8、個合適的比例因子，然后將它乘以基礎值。例如，如果選，和就是，那么用12.1k的電阻就可以得到-3db的衰減。圖7中所示的同相電路，也可以作為電壓衰減器和同相緩沖器使用。4 / 10如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!模擬電感圖8所示的電路是一個對電容進行反向操作的電路，用來模擬電感。電感會抵制電流的變化，所以當一個直流電平加到電感上時，電流的上升是一個緩慢的過程。并且電感中電阻上壓降就是顯得尤為重要。圖8所示的電路中，電感 電感會更容易的讓低頻信號通過，它的特性正好和電容相反。一個理想的電感是沒有電阻的，它可以讓直流電沒有任何限制的通過，對頻率為無窮大的信號它有無窮大的阻抗。如果直流電壓

9、突然通過電阻加到運放的反相輸入端時，運放的輸出將不會有任何變化。因為這個電壓通過電容也同樣加到了同相輸入端，運放的輸出端表現(xiàn)出很高的阻抗，就像一個真正的電感一樣。隨著電容不斷的通過電阻進行充電，上的電壓不斷下降，運放通過吸取電流。隨著電容不斷的充電，最后運放的兩個輸入腳和輸出腳上的電壓最終趨向于虛地（對于圖8 b）虛地為1/2vcc）。當電容完全被充滿時，電阻限制了流過的電流，這就表現(xiàn)出一個串聯(lián)在電感的電阻。這個串聯(lián)的電阻就限制了電感的q值。正在電感的直流電阻一般會比模擬電感小得多。模擬電感與真正的電感區(qū)別在于：1、 電感的一般連接在虛地上;2、 模擬電感的值無法做到很高，其值取決于串聯(lián)的電阻

10、；5 / 10如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!3、 模擬電感并不像真正的電感一樣可以儲存能量，真正的電感由于磁場的作用，可以引起很多的反相尖峰電壓，但是模擬電感的電壓受限于運放輸出電壓的擺幅，所以響應脈沖受限于電壓的擺幅。運放參數(shù)實際應用一、 理想運放與實際運放1、 理想運放 無限的增益（gain）； 無限的帶寬（bandwidth）； 無限的輸入阻抗； 無限的轉換速率（sr） 0輸出阻抗 0偏置電流、電壓漂移（bias current,offest voltage drift） 無限擺幅(voltage swing)2、 實際運放 增益=25000 to 167db；帶寬=1khz

11、 to 1ghz壓擺率=0.1800v/ms輸入阻抗=100k10m 220pf輸出阻抗=11k偏置電壓=0.5mv偏置電流=10pa250ua電壓擺幅=vcc-vcc共模抑制比=50130db二、 偏置電流和偏置電壓決定精度（對于小信號，即mv級信號而言）直流特性偏置電壓運放輸入為0時，輸出電壓為偏流是輸入端與輸出端平衡是的輸入電流之差。 其中偏置電流，偏置電壓，若將其化入式，得結論： 輸出電壓中包含的誤差；6 / 10如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載! 高增益意味著更大的誤差。三、 常用低偏流運放（low bias bias current amplifiers）低偏置電流運放通常

12、被描述為：極低的輸入偏置電流（very low input bias current）<50pa極高的輸入阻抗（very high input impedance）>常用低偏流運放型號有:opa227、opa228、opa335、opa211、opa637、opa827、opa129、opa656。四、 帶寬和壓擺率決定速度（對于大信號、即的信號）帶寬和壓擺率被稱為交流特性。帶寬增益基本不變，被測不失真時的頻帶寬度。壓擺率（slew-rate）輸入為階躍信號時，最大輸出變化率。例如，大信號輸入芯片opa690。壓擺率和大信號寬帶壓擺率決定了對大信號的限制五、運放的輸入輸出幅值軌至軌

13、運放分為輸入輸出均是軌至軌（rrio），例如tlv246系列及僅輸出為軌至軌（rro），例如tlc2272,其輸出可達電源幅值，但是輸入需要比電源幅值低1.5v。7 / 10如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!儀表放大器1常用型號寬帶型：ina系列，ina332低噪聲型：ina118、ina2128單電源軌至軌型ina122。2、儀表放大器2（instrumentation amp）專用儀用放大器典型電路如圖9所示。在圖9所示電路中，（1） 、為儀用放大器而非通用運放，；（2）增加輸入緩沖級運放；（3）增益通過電阻設定；（4）總增益由2級放大完成，所以增益可以做到很高；（5）為滿足中低頻

14、對穩(wěn)定性和放大倍數(shù)的要求，增益帶寬積通常小于1mhz；（6）當需要測量相對高頻信號時，需要用分立op搭建儀表放大器。差分放大器1、傳統(tǒng)的差分放大器（通用運放配置成差分放大器形成的不足） 傳統(tǒng)的差分電路如圖10所示。圖中，當時可以推出，。一個通用型運放配置成差放電路，雖然類似儀表放大器，但它仍然是有幾個主要的不定因素（電路如圖11所示）。需要外部輸入和反饋電阻設置;為了平衡增益，需要使為了平衡輸入阻抗,而且通常不會很大，其共模抑制比（cmrr）完全取決于電阻的匹配。9 / 10如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!2、全差放（full differential amplifiers）經(jīng)典的差放一般用于直流到低頻段，盡量能表現(xiàn)出較好的cmrr，但是其帶寬相對較低，輸出幅值受電源電壓限制。全差分放大器是一種全新結構的差放：它有極好的cmrr，很高的帶寬；它的輸出信號的vpp可以突破電源電壓的限制，理論上可達其兩倍。全差放