集成運算放大器的設計方法

集成運算放大器的設計方法集成運算放大器的設計方法運算放大器電路大全很多時候，電路的設計者必需用單電源供電，但是他們不知道該如何將雙電源的電路轉換成單電源電路。內容。1．1電源供電和單電源供電全部的運算放大器都有兩個電源引腳，一般在資料中，它們的標識是VCC＋和VCC－，但是有些時候它們的標識是VCC＋和GND。這是由于有些數(shù)據(jù)手冊的作者企圖將這種標識的――他手冊，特別是確定最大供電電壓和電壓搖擺說明。絕大多數(shù)的模擬電路設計者都知道怎么在雙電源電壓的條件下使用運算放大器，比方圖一左15V，12V5V也是常常使用的。輸入電壓和輸出電壓都是參考地給出的，還包括正負Vom以及最大輸出擺幅。單電源供電的電路(圖一中右)VCC＋，地或者VCC－引腳連接到GNDVom之內。有一些的運放有兩個不同的最高輸出電壓和最低輸出電壓。這種運放的數(shù)據(jù)手冊中會特別分VohVol。需要特別留意的是有不少的設計者會很隨便的用虛地來參考輸入電壓和輸出電壓，但在大局部應用中，輸入和輸出是參考電源地的，所以設計者必需在輸入和輸出的地方參加隔直電容，用來隔離虛地和地之間的直流電壓。(1.3節(jié))圖一3V也或者會更低。出于這個緣由在單電源供電的電路中使用的運放根本上都是Rail－To－Rail的運放，這樣就消退了喪失的動態(tài)范圍。需要特別指出的是輸入和輸出不肯定都能夠承受Rail－To－Rail(Rail－To－Rail)放的輸出或者輸入不支持軌至軌，接近輸入或者接近輸出電壓極限的電壓可能會使運放的功能退化，所以需要認真的參考數(shù)據(jù)手冊是否輸入和輸出是否都是軌至軌。這樣才能保證系統(tǒng)的功能不會退化，這是設計者的義務。1.2虛地單電源工作的運放需要外部供給一個虛地，通常狀況下，這個電壓是VCC/2，圖二的電路可VCC/2的電壓，但是他會降低系統(tǒng)的低頻特性。圖二R1R2C1是一個低通濾波器，用來削減從電源上傳來的噪聲。在有些應用中可以無視緩沖運放。100K，當這種狀況發(fā)生時，電路圖中均有注明。1.3溝通耦合輸入和輸出電壓一般都是參考電源地的，假設直接將信號源的輸出接到運放的輸入端，這將會產(chǎn)生不行承受的直流偏移。假設發(fā)生這樣的事情，運放將不能正確的響應輸入電壓，由于這將使信號超出運放允許的輸入或者輸出范圍。件級間的耦合電容就不是肯定要使用：第一級運放的參考地是虛地其次級運放的參考第也是虛地得電路超出它的正常工作電壓范圍。前級的輸出就就必需要用電容做隔離。(或者電路有問題)1.4組合運放電路除非特別說明，否則本文中的全部濾波器單元的增益都是1。1.5選擇電阻和電容的值1歐的還是應當1K100K歐級是比較適宜的。高速的1001K1兆級到10兆歐級，但是他們將增大系統(tǒng)的噪聲。用來選擇調整電路參數(shù)的電阻電容值的根本方程在1％E－96系列(A)。一但E－12系列電容。E－24系列電容用來做參數(shù)的調整，但是應當盡量不用。用來做電路參數(shù)調整的電容不應當51％。放大放大電路有兩個根本類型：同相放大器和反相放大器。他們的溝通耦合版本如圖三所示。對于溝通電路，反向的意思是相角被移動180――Cin。Cin被被省略，那么就必需對直流放大進展計算。在高頻電路中，不要違反運放的帶寬限制，這是格外重要的。實際應用中，一級放大電路的100倍(40dB)，再高的放大倍數(shù)將引起電路的振蕩，除非在布板的時候就格外留意。假設要得到一個放大倍數(shù)比較的大放大器，用兩個等增益的運放或者多個等增益運放比用一個運放的效果要好的多。圖三衰減傳統(tǒng)的用運算放大器組成的反相衰減器如圖四所示。圖四R2R1。這種方法是不被推舉的，由于很多運放是不適宜工作在放大倍數(shù)小1倍的狀況下。正確的方法是用圖五的電路。圖五R3的阻值可以用作產(chǎn)生不同等級的衰減。對于表中沒有的阻值，可以用以下的公式計算R3＝(Vo/Vin)/(2-2(Vo/Vin))假設表中有值，按以下方法處理：RfRin1K100K之間選擇一個值，該值作為根底值。RinRinARinB。12Rf、Rin1Rin2，如圖五中所示。R3選擇一個適宜的比例因子，然后將他乘以根底值。RinB10K12.1K的電阻就可以得到－3dB的衰減。表一圖六中同相的衰減器可以用作電壓衰減和同相緩沖器使用。圖六加法器圍。同相加法器是可以實現(xiàn)的，但是是不被推舉的。由于信號源的阻抗將會影響電路的增益。圖七減法器留下伴音(在錄制時兩通道中的原唱電平是一樣的，但是伴音是略有不同的)。圖八模擬電感就顯得尤為重要。圖九它可以讓直流電沒有任何限制的通過，對頻率是無窮大的信號有無窮大的阻抗。R1加到運放的反相輸入端上的時候，運放的輸出將不會有任何C1也同樣加到了正相輸出端上，運放的輸出端表現(xiàn)出了很高的阻抗，就像一個真正的電感一樣。C1R2進展充電，R2上電壓不斷下降，運放通過電阻R1吸取電(Vcc/2)。C1R1Q有一些模擬電感的限制：電感的一段連接在虛地上；QR1；壓的擺幅。儀用放大器用放大器利用了同相輸入端高阻抗的優(yōu)勢。根本的儀用放大器如圖十所示。圖十供電。這個電路實際上是一個單電源的應變儀。這個電路的缺點是需要完全相等的電阻，否則這個電路的共模抑制比將會很低。圖十中的電路可以簡潔的去掉三個電阻，就像圖十一中的電路。圖十一益。另外用兩個運放也可以組成儀用放大器，就像圖十二所示。圖十二VinVin＋上的信號更多的時間才能到達輸出端。這節(jié)格外深入地介紹了用運放組成的有源濾波器。在很多狀況中，為了阻擋由于虛地引起的直流電平，在運放的輸入端串入了電容。這個電容實際上是一個高通濾波器，在某種意義上說，像這樣的單電源運放電路都有這樣的電容。設計者必需確定這個電容的容量必需要比電100電容的影響。假設這個濾波器同時還有放大作用，這個電容的容量最好是電路中其他電容容1000倍以上。假設輸入的信號早就包含了VCC/2的直流偏置，這個電容就可以省略。VCC/2的直流偏置，假設電路是最終一級，那么就必需串入輸出電容。實現(xiàn)很簡潔，但是以下幾點設計者必需留意：濾波器的拐點(中心)頻率濾波器電路的增益帶通濾波器和帶阻濾波器的的Q值低通和高通濾波器的類型(Butterworth、Chebyshev、Bessell)無選擇，只能使用傳統(tǒng)的濾波器，通過計算就可以得到了。一階濾波器20dB每倍頻的幅頻特性低通濾波器典型的低通濾波器如圖十三所示。圖十三高通濾波器典型的高通濾波器如圖十四所示。圖十四文氏濾波器文氏濾波器對全部的頻率都有一樣的增益，但是它可以轉變信號的相角，同時也用來做相角修正電路。圖十五中的電路對頻率是F900度，對高180度。圖十五二階濾波器濾波器拓撲構造，只是將那些簡潔實現(xiàn)和便于調整的列了出來。40dB每倍頻的幅頻特性。QButterworthChebyshevButterworth濾波器可以準確的計算出拐點頻率，ChebyshevBessell濾波器只能在Butterworth濾波器的根底上做一些微調。Q波器就需要用高通濾波器和低通濾波器串連起來。對于帶通濾波器的通過特性將是這兩個濾波器的交疊局部，對于帶阻濾波器的通過特性將是這兩個濾波器的不重疊局部。這里沒有介紹反相Chebyshev和Elliptic濾波器，由于他們已經(jīng)不屬于電路集需要介紹的范圍了。不是全部的濾波器都可以產(chǎn)生我們所設想的結果――比方說濾波器在阻帶的最終衰減幅度在Sallen－Key濾波器中的大。由于這些特性超出了電路圖集的介紹范圍，請大家到教科書上去查找每種電路各自的優(yōu)缺點。不過這里介紹的電路在不是很特別的狀況下使用，其結果都是可以承受的。Sallen－Key濾波器Sallen-Key濾波器是一種流行的、廣泛應用的二階濾波器。他的本錢很低，僅需要一個運放ButterworthChebyshev濾波器就不行能這么簡潔的調整了。請設計者參看參考條目【1】和參考條目【2】，那里介紹了各種拓撲的細節(jié)。這個電路是一個單位增益的電路，轉變Sallen－Key濾波器的增益同時就轉變了濾波器的幅Sallen－Key1Butterworth濾波器。圖十六多反響濾波器多反響濾波器是一種通用，低本錢以及簡潔實現(xiàn)的濾波器。不幸的是，設計時的計算有些簡單1】中的對多反響濾波器的細節(jié)介紹。假