常用運(yùn)放電路及其各類比較器電路

1、彭發(fā)喜，制作同相放大電路：運(yùn)算放大器的同相輸入端加輸入信號，反向輸入端加來自輸出的負(fù)反饋信號，則為同相放大器。ZLH838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號-各種圖紙圖是同相放大器電路圖。ZLH838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號-各種圖紙因?yàn)閑1=e2，所以輸入電流極小，輸入阻抗極高。ZLH838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號-各種圖紙如果運(yùn)算放大器的輸入偏置電流，則 ZLH838電子-技術(shù)資料-電子

2、元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號-各種圖紙  e1=e2     放大倍數(shù)：原理圖：反相比例運(yùn)算放大電路圖:1號圖：2號圖：反相輸入放大電路如圖1所示，信號電壓通過電阻R1加至運(yùn)放的反相輸入端，輸出電壓vo通過反饋電阻Rf反饋到運(yùn)放的反相輸入端，構(gòu)成電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路。R ¢為平衡電阻應(yīng)滿足R ¢= R1/Rf。利用虛短和虛斷的概念進(jìn)行分析，vI=0，vN=0，iI=0，則   即       該電

3、路實(shí)現(xiàn)反相比例運(yùn)算。反相放大電路有如下特點(diǎn)1運(yùn)放兩個輸入端電壓相等并等于0，故沒有共模輸入信號，這樣對運(yùn)放的共模抑制比沒有特殊要求。2vN= vP，而vP=0，反相端N沒有真正接地，故稱虛地點(diǎn)。3電路在深度負(fù)反饋條件下，電路的輸入電阻為R1，輸出電阻近似為零。運(yùn)算放大器減法電路原理：圖為運(yùn)放減法電路4y6838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號-各種圖紙由e1輸入的信號，放大倍數(shù)為R3/R1，并與輸出端e0相位相反，所以4y6838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號-各種

4、圖紙4y6838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號-各種圖紙由e2輸入的信號，放大倍數(shù)為  4y6838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號-各種圖紙                與輸出端e0相位相，所以4y6838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號-各

5、種圖紙4y6838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號-各種圖紙當(dāng)R1=R2=R3=R4時     e0=e2-e1加法運(yùn)算放大器電路：加法運(yùn)算放大器電路包含有反相加法電路和同相加法電路.同相加法電路:由LF155組成。三個輸入信號同時加到運(yùn)放同相端，其輸入輸出電壓關(guān)系式：反相加法電路：由運(yùn)算放大器lm741 組成。（lm741中文資料 ）反相加法運(yùn)算電路為若干個輸入信號從集成運(yùn)放的反相輸入端引入，輸出信號為它們反相按比例放大的代數(shù)和。電壓比較器：圖4(a)由運(yùn)算放大器組成的

6、差分放大器電路，輸入電壓VA經(jīng)分壓器R2、R3分壓后接在同相端，VB通過輸入電阻R1接在反相端，RF為反饋電阻，若不考慮輸入失調(diào)電壓，則其輸出電壓Vout與VA、VB及4個電阻的關(guān)系式為：Vout=(1+RF/R1)·R3/(R2+R3)VA-(RF/R1)VB。若R1=R2，R3=RF，則Vout=RF/R1(VA-VB)，RF/R1為放大器的增益。當(dāng)R1=R2=0(相當(dāng)于R1、R2短路)，R3=RF=(相當(dāng)于R3、RF開路)時，Vout=。增益成為無窮大，其電路圖就形成圖4(b)的樣子，差分放大器處于開環(huán)狀態(tài)，它就是比較器電路。實(shí)際上，運(yùn)放處于開環(huán)狀態(tài)時，其增益并非無窮大，而Vo

7、ut輸出是飽和電壓，它小于正負(fù)電源電壓，也不可能是無窮大。     從圖4中可以看出，比較器電路就是一個運(yùn)算放大器電路處于開環(huán)狀態(tài)的差分放大器電路。    同相放大器電路如圖5所示。如果圖5中RF=，R1=0時，它就變成與圖3(b)一樣的比較器電路了。圖5中的Vin相當(dāng)于圖3(b)中的VA。 滯回電壓比較器：滯回比較器又稱施密特觸發(fā)器,遲滯比較器。這種比較器的特點(diǎn)是當(dāng)輸入信號ui逐漸增大或逐漸減小時，它有兩個閾值，且不相等，其傳輸特性具有“滯回”曲線的形狀。 滯回比較器也有反相輸入和同相輸入兩種方式。&#

8、160;UR是某一固定電壓，改變UR值能改變閾值及回差大小。以圖4(a)所示的反相滯回比較器為例，計算閾值并畫出傳輸特性儀表放大器電路目前，儀表放大器電路的實(shí)現(xiàn)方法主要分為兩大類：第一類由分立元件組合而成；另一類由單片集成芯片直接實(shí)現(xiàn)。根據(jù)現(xiàn)有元器件，分別以單運(yùn)放LM741和OP07，集成四運(yùn)放LM324和單片集成芯片AD620為核心，設(shè)計出四種儀表放大器電路方案。              方案1 由3個通用型運(yùn)放LM741組成三運(yùn)放儀表放大器電路形式，輔以相關(guān)的

9、電阻外圍電路，加上A1，A2同相輸入端的橋式信號輸入電路，如圖2所示。圖2中的A1A3分別用LM741替換即可。電路的工作原理與典型儀表放大器電路完全相同。方案2 由3個精密運(yùn)放OP07組成，電路結(jié)構(gòu)與原理和圖2相同（用3個OP07分別代替圖2中的A1A3）。 方案3 以一個四運(yùn)放集成電路LM324為核心實(shí)現(xiàn)，如圖3所示。它的特點(diǎn)是將4個功能獨(dú)立的運(yùn)放集成在同一個集成芯片里，這樣可以大大減少各運(yùn)放由于制造工藝不同帶來的器件性能差異；采用統(tǒng)一的電源，有利于電源噪聲的降低和電路性能指標(biāo)的提高，且電路的基本工作原理不變。圖4 滯回比較器及其傳輸特性   

10、60;                       (a)反相輸入；(b)同相輸入 1，正向過程 正向過程的閾值為形成電壓傳輸特性的abcd段 2，負(fù)向過程 負(fù)向過程的閾值為形成電壓傳輸特性上defa段。由于它與磁滯回線形狀相似，故稱之為滯回電壓比較器。利用求閾值的臨界條件和疊加原理方法，不難計算出圖4(b)所示的同相滯回比較器的兩個閾值

11、 兩個閾值的差值UTH=UTH1UTH2稱為回差。 由上分析可知，改變R2值可改變回差大小，調(diào)整UR可改變UTH1和UTH2，但不影響回差大小。即滯回比較器的傳輸特性將平行右移或左移，滯回曲線寬度不變。        圖5 比較器的波形變換       (a)輸入波形；(b)輸出波形例如，滯回比較器的傳輸特性和輸入電壓的波形如圖6(a)、(b)所示。根據(jù)傳輸特性和兩個閾值(UTH12V, UTH2=2V)，可畫出輸出電壓uo的波形，如圖6(c)所

12、示。從圖(c)可見，ui在UTH1與UTH2之間變化，不會引起uo的跳變。但回差也導(dǎo)致了輸出電壓的滯后現(xiàn)象，使電平鑒別產(chǎn)生誤差。          圖6 說明滯回比較器抗干擾能力強(qiáng)的圖             (a)已知傳輸特性；(b)已知ui 波形；           

13、60; (c)根據(jù)傳輸特性和ui波形畫出的uo波形方案4 由一個單片集成芯片AD620實(shí)現(xiàn)，如圖4所示。它的特點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡單：一個AD620，一個增益設(shè)置電阻Rg，外加工作電源就可以使電路工作，因此設(shè)計效率最高。圖4中電路增益計算公式為：G=494K/Rg+1。 實(shí)現(xiàn)儀表放大器電路的四種方案中，都采用4個電阻組成電橋電路的形式，將雙端差分輸入變?yōu)閱味说男盘栐摧斎?。性能測試主要是從信號源Vs的最大輸入和Vs最小輸入、電路的最大增益及共模抑制比幾方面進(jìn)行仿真和實(shí)際電路性能測試。測試數(shù)據(jù)分別見表1和表2。其中，Vs最大（小）輸入是指在給定測試條件下，使電路輸出不失真時的信號源最大（小）輸入；最大增

14、益是指在給定測試條件下，使輸出不失真時可以實(shí)現(xiàn)的電路最大增益值。共模抑制比由公式KCMRR=20|g | AVd/AVC|（dB）計算得出。說明：（1）f為Vs輸入信號的頻率；（2）表格中的電壓測量數(shù)據(jù)全部以峰峰值表示；（3）由于仿真器件原因，實(shí)驗(yàn)中用Multisim對方案3的仿真失效，表1中用“-”表示失效數(shù)據(jù)；（4）表格中的方案14依次分別表示以LM741，OP07，LM324和AD620為核心組成的儀表放大器電路。由表1和表2可見，仿真性能明顯優(yōu)于實(shí)際測試性能。這是因?yàn)榉抡骐娐返男阅芑旧鲜怯煞抡嫫骷男阅芎碗娐返慕Y(jié)構(gòu)形式確定的，沒有外界干擾因素，為理想條件下的測試；而實(shí)際測試電路由于受

15、環(huán)境干擾因素（如環(huán)境溫度、空間電磁干擾等）、人為操作因素、實(shí)際測試儀器精確度、準(zhǔn)確度和量程范圍等的限制，使測試條件不夠理想，測量結(jié)果具有一定的誤差。在實(shí)際電路設(shè)計過程中，仿真與實(shí)際測試各有所長。一般先通過仿真測試，初步確定電路的結(jié)構(gòu)及器件參數(shù)，再通過實(shí)際電路測試，改進(jìn)其具體性能指標(biāo)及參數(shù)設(shè)置。這樣，在保證電路功能、性能的前提下，大大提高電路設(shè)計的效率。由表2的實(shí)測數(shù)據(jù)可以看出：方案2在信號輸入范圍（即Vs的最大、最小輸入）、電路增益、共模抑制比等方面的性能表現(xiàn)為最優(yōu)。在價格方面，它比方案1和方案3的成本高一點(diǎn)，但比方案4便宜很多。因此，在四種方案中，方案2的性價比最高。方案4除最大增益相對小點(diǎn)

16、，其他性能僅次于方案2，具有電路簡單，性能優(yōu)越，節(jié)省設(shè)計空間等優(yōu)點(diǎn)。成本高是方案4的最大缺點(diǎn)。方案1和方案3在性能上的差異不大，方案3略優(yōu)于方案1，且它們同時具有絕對的價格優(yōu)勢，但性能上不如方案2和方案4好。綜合以上分析，方案2和方案4適用于對儀表放大器電路有較高性能要求的場合，方案2性價比最高，方案4簡單、高效，但成本高。方案1和方案3適用于性能要求不高且需要節(jié)約成本的場合。針對具體的電路設(shè)計要求，選取不同的方案，以達(dá)到最優(yōu)的資源利用。電路的設(shè)計方案確定以后，在具體的電路設(shè)計過程中，要注意以下幾個方面：（1）注意關(guān)鍵元器件的選取，比如對圖2所示電路，要注意使運(yùn)放A1，A2的特性盡可能一致；選

17、用電阻時，應(yīng)該使用低溫度系數(shù)的電阻，以獲得盡可能低的漂移；對R3，R4，R5和R6的選擇應(yīng)盡可能匹配。（2）要注意在電路中增加各種抗干擾措施，比如在電源的引入端增加電源退耦電容，在信號輸入端增加RC低通濾波或在運(yùn)放A1，A2的反饋回路增加高頻消噪電容，在PCB設(shè)計中精心布局合理布線，正確處理地線等，以提高電路的抗干擾能力，最大限度地發(fā)揮電路的性能。儀表放大器的特點(diǎn)： 高共模抑制比共模抑制比（CMRR） 則是差模增益（ A d） 與共模增益（ Ac） 之比，即：CMRR = 20lg | Ad/ Ac | dB ;儀表放大器具有很高的共模抑制比，CMRR 典型值為 70100 dB 以上。 高輸

18、入阻抗要求儀表放大器必須具有極高的輸入阻抗，儀表放大器的同相和反相輸入端的阻抗都很高而且相互十分平衡，其典型值為 1091012。 低噪聲由于儀表放大器必須能夠處理非常低的輸入電壓，因此儀表放大器不能把自身的噪聲加到信號上，在 1 kHz 條件下，折合到輸入端的輸入噪聲要求小于 10 nV/ Hz. 低線性誤差輸入失調(diào)和比例系數(shù)誤差能通過外部的調(diào)整來修正，但是線性誤差是器件固有缺陷，它不能由外部調(diào)整來消除。一個高質(zhì)量的儀表放大器典型的線性誤差為 0. 01 % ，有的甚至低于 0. 0001 %. 低失調(diào)電壓和失調(diào)電壓漂移儀表放大器的失調(diào)漂移也由輸入和輸出兩部分組成，輸入和輸出失調(diào)電壓典型值分別為 100V