運(yùn)放使用指南

1、如果您需要使用本文檔，請(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載!運(yùn)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(dāng)?shù)臄?shù)值遠(yuǎn)小于op開(kāi)環(huán)增益時(shí)，這個(gè)數(shù)值就是反相放大器的增益，運(yùn)算放大器的輸入阻抗就是的值， 在設(shè)計(jì)時(shí)要注意的是：的阻值應(yīng)該等于和的并聯(lián)阻值，以減小輸入偏置電流所帶來(lái)的失調(diào)電壓。運(yùn)放輸入端失調(diào)電壓的主要來(lái)源是偏置電流（input bias current）和輸入失調(diào)電壓（input offest voltage）。對(duì)于一個(gè)給定的op，輸入失調(diào)電壓就已經(jīng)確定了，但是由于輸入失調(diào)電流所帶來(lái)的失調(diào)電壓與所采用的電路的結(jié)構(gòu)有關(guān)系。為了在不使用使調(diào)整

2、電路的情況下，減小輸入偏置電流所帶來(lái)的失調(diào)電壓，應(yīng)該使得同相輸入端和反相輸入端對(duì)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(lái)的失調(diào)電壓相互抵消。在低內(nèi)阻信號(hào)源的放大器中，op的輸入失調(diào)電壓將成為失調(diào)電壓誤差的主要來(lái)源。在高輸入阻抗的情況下，失調(diào)電壓可以采用的阻值來(lái)調(diào)整，利用輸入偏置電流在其上的壓降來(lái)對(duì)輸入失調(diào)電壓做補(bǔ)償（即用這個(gè)得到的壓降來(lái)抵消輸入失調(diào)電壓）。在交流耦合時(shí)，失調(diào)電壓并不顯得很重要。這時(shí)的主要問(wèn)題是：失調(diào)電壓減小了輸入電壓峰峰值的線性動(dòng)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(luò)的增益頻率特性為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定，op和反饋環(huán)路對(duì)任何頻率的信號(hào)，在環(huán)路增益大于1時(shí)的環(huán)路相移的

3、角度絕對(duì)不能超過(guò)。在實(shí)踐上，為了達(dá)到穩(wěn)定條件，相移角度不應(yīng)該接近。對(duì)于一個(gè)給定的op放大器電路，在進(jìn)行電容補(bǔ)償是需要在穩(wěn)定性和帶寬之間進(jìn)行權(quán)衡。加大補(bǔ)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(qǐng)點(diǎn)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(diǎn)在于，其輸出信號(hào)和輸入信號(hào)是同相的，且其輸入阻抗是相當(dāng)高的，為op差模輸入阻抗與環(huán)路增益的乘積。對(duì)于圖2所示電路，除了一點(diǎn)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(diǎn)在要求op輸出電壓范圍能夠達(dá)到電源電壓范圍的時(shí)候很重要，對(duì)補(bǔ)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(kāi)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(kāi)環(huán)增益的倒數(shù)。本電路在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)有3個(gè)： 必須對(duì)op在單位增益狀態(tài)下做補(bǔ)償； 輸出電壓的擺幅可能會(huì)被op的共模范圍所限制； 在輸入超過(guò)共模范圍時(shí)，有的op可能會(huì)進(jìn)入阻塞狀態(tài)。例如，lm107可以避免上述問(wèn)題。另外，也可以選用高速op，例如lm102。單電源運(yùn)放中將信

5、號(hào)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(dāng)調(diào)整時(shí)，a點(diǎn)直流電位隨之變化。圖4b）所示電路中，是用來(lái)阻止電路產(chǎn)生直流放大，電路只對(duì)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(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載!衰減（輸出電壓小于輸入電壓）電路由運(yùn)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?yàn)楹芏噙\(yùn)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(duì)于圖6a）所示電路，對(duì)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(jí)衰減，對(duì)于表中沒(méi)有的阻值，可以用來(lái)計(jì)算。3 / 10如果您需要使用本文檔，請(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載!表1 不同衰減等級(jí)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(gè)值，以該值作為基礎(chǔ)值；2、 將除以2，得到和。3、 將基礎(chǔ)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(gè)合適的比例因子，然后將它乘以基礎(chǔ)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(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載!模擬電感圖8所示的電路是一個(gè)對(duì)電容進(jìn)行反向操作的電路，用來(lái)模擬電感。電感會(huì)抵制電流的變化，所以當(dāng)一個(gè)直流電平加到電感上時(shí)，電流的上升是一個(gè)緩慢的過(guò)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(huì)更容易的讓低頻信號(hào)通過(guò)，它的特性正好和電容相反。一個(gè)理想的電感是沒(méi)有電阻的，它可以讓直流電沒(méi)有任何限制的通過(guò)，對(duì)頻率為無(wú)窮大的信號(hào)它有無(wú)窮大的阻抗。如果直流電壓

9、突然通過(guò)電阻加到運(yùn)放的反相輸入端時(shí)，運(yùn)放的輸出將不會(huì)有任何變化。因?yàn)檫@個(gè)電壓通過(guò)電容也同樣加到了同相輸入端，運(yùn)放的輸出端表現(xiàn)出很高的阻抗，就像一個(gè)真正的電感一樣。隨著電容不斷的通過(guò)電阻進(jìn)行充電，上的電壓不斷下降，運(yùn)放通過(guò)吸取電流。隨著電容不斷的充電，最后運(yùn)放的兩個(gè)輸入腳和輸出腳上的電壓最終趨向于虛地（對(duì)于圖8 b）虛地為1/2vcc）。當(dāng)電容完全被充滿(mǎn)時(shí)，電阻限制了流過(guò)的電流，這就表現(xiàn)出一個(gè)串聯(lián)在電感的電阻。這個(gè)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(huì)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(wú)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(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載!3、 模擬電感并不像真正的電感一樣可以?xún)?chǔ)存能量，真正的電感由于磁場(chǎng)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(yùn)放輸出電壓的擺幅，所以響應(yīng)脈沖受限于電壓的擺幅。運(yùn)放參數(shù)實(shí)際應(yīng)用一、 理想運(yùn)放與實(shí)際運(yùn)放1、 理想運(yùn)放 無(wú)限的增益（gain）； 無(wú)限的帶寬（bandwidth）； 無(wú)限的輸入阻抗； 無(wú)限的轉(zhuǎn)換速率（sr） 0輸出阻抗 0偏置電流、電壓漂移（bias current,offest voltage drift） 無(wú)限擺幅(voltage swing)2、 實(shí)際運(yùn)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(duì)于小信號(hào)，即mv級(jí)信號(hào)而言）直流特性偏置電壓運(yùn)放輸入為0時(shí)，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(jié)論： 輸出電壓中包含的誤差；6 / 10如果您需要使用本文檔，請(qǐng)點(diǎn)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(yùn)放（low bias bias current amplifiers）低偏置電流運(yùn)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(yùn)放型號(hào)有:opa227、opa228、opa335、opa211、opa637、opa827、opa129、opa656。四、 帶寬和壓擺率決定速度（對(duì)于大信號(hào)、即的信號(hào)）帶寬和壓擺率被稱(chēng)為交流特性。帶寬增益基本不變，被測(cè)不失真時(shí)的頻帶寬度。壓擺率（slew-rate）輸入為階躍信號(hào)時(shí)，最大輸出變化率。例如，大信號(hào)輸入芯片opa690。壓擺率和大信號(hào)寬帶壓擺率決定了對(duì)大信號(hào)的限制五、運(yùn)放的輸入輸出幅值軌至軌

13、運(yùn)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(dá)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(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載!儀表放大器1常用型號(hào)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(zhuān)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(yùn)放，；（2）增加輸入緩沖級(jí)運(yùn)放；（3）增益通過(guò)電阻設(shè)定；（4）總增益由2級(jí)放大完成，所以增益可以做到很高；（5）為滿(mǎn)足中低頻

14、對(duì)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(dāng)需要測(cè)量相對(duì)高頻信號(hào)時(shí)，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(yùn)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(dāng)時(shí)可以推出，。一個(gè)通用型運(yùn)放配置成差放電路，雖然類(lèi)似儀表放大器，但它仍然是有幾個(gè)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(shè)置;為了平衡增益，需要使為了平衡輸入阻抗,而且通常不會(huì)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(qǐng)點(diǎn)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(duì)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(jié)構(gòu)的差放：它有極好的cmrr，很高的帶寬；它的輸出信號(hào)的vpp可以突破電源電壓的限制，理論上可達(dá)其兩倍。全差放