常用運放電路及其各類比較器電路匯總

1、彭發(fā)喜，制作同相放大電路:運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反饋信號則為同相放大器。圖是同相放大器電路圖。因為e1=e2，所以輸入電流極小，輸入阻抗極高。/T如果運算放大器的輸入偏置電流，則e1=e2放大倍數:原理圖:R2100Ei反相比例運算放大電路圖1號圖:12平衡電阻（使輸入端對地的靜態(tài)電阻相等）：Rp=R/%U+=0u=u+=0ii+ib-=0UjUo電壓放大倍數：現(xiàn)=%=UiR反相輸入放大電路如圖i所示，信號電壓通過電阻R1加至運放的反相輸入端,輸出電壓vo通過反饋電阻Rf反饋到運放的反相輸入端，構成電壓并聯(lián)負反饋放大電路。R0為平vI=0 , vN=0, i

2、I=0 ,則 S 一看衡電阻應滿足R0=R1/Rf。利用虛短和虛斷的概念進行分析,為一不該電路實現(xiàn)反相比例運算。反相放大電路有如下特點1.運放兩個輸入端電壓相等并等于0,故沒有共模輸入信號，這樣對運放的共模抑制比沒有特殊要求。2.vN=vP,而vP=0,反相端N沒有真正接地，故稱虛地點。3.電路在深度負反饋條件下，電路的輸入電阻為R1,輸出電阻近似為零。運算放大器減法電路原理:f圖為運放減法電路由ei輸入的信由e2輸入的信放大倍數為R3/Ri,并與輸出端eo相位相反，所以放大倍數為與輸出端e0相位相，所以當Ri=R2=R3=R4時eo=e2-ei加法運算放大器電路:加法運算放大器電路包含有反相

3、加法電路和同相加法電路.同相加法電路：由LF155組成。rJSy工RJl&yRlJI1X13R*/t|*.UEVV4tHn若令mk2a,n反相加法電路：由運算放大器lm741組成。(|lm741中文資料)xVOk.反相加法運算電路為若干個輸入信號從集成運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和%。R.電壓比較而：圖4(a)由運算放大器組成的差分放大器電路，輸入電壓VA經分壓器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，若不考慮輸入失調電壓，則其輸出電壓Vout與VA、VB及4個電阻的關系式為：Vout=(1+RF/R1)R3/(R2+R3)VA-

4、(RF/R1)VB。若R1=R2,R3=RF,貝UVout=RF/R1(VA-VB),RF/R1為放大器的增益。當R1=R2=0(相當于R1、R2短路)，R3=RFr(相當于R3、RF開路)時，Vout=8。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。實際上，運放處于開環(huán)狀態(tài)時，其增益并非無窮大，而Vout輸出是飽和電壓，它小于正負電源電壓，也不可能是無窮大。(a)圖4、從圖4中可以看出，比較器電路就是一個運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=8,R1=0時，它就變成與圖3(b)一樣的比較器電路了。圖

5、5中的Vin相當于圖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。這種比較器的特點是當輸入信號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現(xiàn)。根據現(xiàn)有元器件，分別以單運放LM741和OP07集成四運放LM324和單片集成芯片AD620為核心，設計出四種儀表放大器電路方案

6、。/方案1由3個通用型運放LM741組成三運放儀表放大器電路形式，輔以相關的電阻外圍電路，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個精密運放OP07組成，電路結構與原理和圖2相同（用3個OP07分別代替圖2中的A1A3）。4箕*妁*卜G二比或方案3以一個四運放集成電路LM324為核心實現(xiàn)，如圖3所示。它的特點是將4個功能獨立的運放集成在同一個集成芯片里，這樣可以大大減少各運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的提高，且電路的基本工作

7、原理不變。.IT./*IVI/yVA-fI.JrJTjrI，-9陰R4圖4滯回比較器及其傳輸特性(a)反相輸入；(b)同相輸入1,正向過程正向過程的閾值為Um直+ R尹#苴_ 直+&u了形成電壓傳輸特性的abcd段2,負向過程負向過程的閾值為_ 汽35t - R歹工(-7邑+國 瑪,壇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。三| 二 /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Wit 事滯回比較器的兩個閾值一 r2 r2兩個閾值的差值AUTHuUTHHUTH2稱為回差。由上分析可知，改變R2值可改變回差大小，調整UR可改變UTH

8、1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?！巴?v圖5比較器的波形變換(a)輸入波形；(b)輸出波形JrI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。根據傳輸特性和兩個閾值(UTH1=2V,UTH2=WV),可畫出輸出電壓uo的波形，如圖6(c)所示。從圖可見，ui在UTH1與UTH2之間變化，,:不會引起uo的跳變。但回差也導致了輸出電壓的滯后現(xiàn)象，使電平鑒7別產生誤差。A、X圖6說明滯回比較器抗干擾能力強的圖(a)已知傳輸特性；(b)已知ui波形;根據傳輸特性和ui波形畫出的uo波形用1由AIW20實現(xiàn)儀表放大方ii方

9、案4由一個單片集成芯片AD620實現(xiàn)，如圖4所示。它的特點是電路結構簡單：一個AD620,一個增益設置電阻Rg,外加工作電源就可以使電路工作，因此設計效率最高。圖4中電路增益計算公式為：G=49.4K/Rg+1o實現(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行仿真和實際電路性能測試。測試數據分別見表1和表2。其中，Vs最大（?。┹斎胧侵冈诮o定測試條件下，使電路輸出不失真時的信號源最大（?。┹斎?；最大增益是指在給定測試條件下，使輸出不失真時可以實現(xiàn)的電路最

10、大增益值。共模抑制比由公式KCMRR=20|gAVd/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據全部以峰峰值表示; 巴F ，（3）由于仿真器件原因，實驗中用Multisim對方案3的仿真失效，表1中用“-”表示失效數據；（4）表格中的方案14依次分別表示以LM741,OP07LM324和AD620為核心組成的儀表放大器電路。無/由表1和表2可見，仿真性能明顯優(yōu)于實際測試性能。這是因為仿真電路的性能基本上是由仿真器件的性能和電路的結構形式確定的，沒有外界干擾因素，為理想條件下的測試；而實際測試電路由于受環(huán)境干擾因素（如環(huán)境溫度、空間電磁干擾等）、人

11、為操作因素、實際測試儀器精確度、準確度和量程范圍等的限制，使測試條件不夠理想，測量結果具有一定的誤差。在實際電路設計過程中，仿真與實際測試各有所長。一般先通過仿真測試，初步確定電路的結構及器件參數，再通過實際電路測試，改進其具體性能指標及參數設置。這樣，在保證電路功能、性能的前提下，大大提高電路設計的效率。由表2的實測數據可以看出：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，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，其他T能僅次于方案2,具有電路簡單，性能優(yōu)越

12、，節(jié)省設計空間等優(yōu)點。成本高是方案4的最大缺點。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。針對具體的電路設計要求，選取不同的方案，以達到最優(yōu)的資源利用。電路的設計方案確定以后，在具體的電路設計過程中，要注意以下幾個方面：(1)注意關鍵元器件的選取，比如對圖2所示電路，要注意使運放A1,A2的特性盡可能一致；選用電阻時，應該使用低溫度系數的電阻，以獲得盡可

13、能低的漂移；對R3,R4,R5和R6的選擇應盡可能匹配。(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低通濾波或在運放A1,A2的反饋回路增加高頻消噪電容，在PCB殳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。I.1/VI1/儀表放大器的特點：高共模抑制比共模抑制比(CMRR則是差模增益(Ad)與共模增益(Ac)之比，即：CMRR201g|Ad/Ac|dB;儀表放大器具有很高的共模抑制比，CMRRft型值為70100dB以上。高輸入阻抗J、/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

14、輸入端的阻抗都很10Spv#-*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1kHz條件下，折合到輸入端的輸入噪聲要求小于10nV/Hz.低線性誤差輸入失調和比例系數誤差能通過外部的調整來修正，但是線性誤差是器件固有缺陷，它不能由外部調整來消除。一個高質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%.低失調電壓和失調電壓漂移儀表放大器的失調漂移也由輸入和輸出兩部分組成，輸入和輸出失調電壓典型值分別為100V和2mV.低輸入偏置電流和失調電流誤差雙極型輸入運算放大器的基極電流，F(xiàn)ET型輸入運算放大器的柵極電流，