《運(yùn)算放大器實(shí)戰(zhàn)入門(mén)》培訓(xùn)課件

運(yùn)算放大器實(shí)戰(zhàn)入門(mén)(上)為什么運(yùn)算放大器如此重要？它幾乎是一切中低頻模擬電路的核心，可以說(shuō)用好了運(yùn)算放大器就可以設(shè)計(jì)大部分的模擬電路。為什么運(yùn)算放大器如此重要？運(yùn)算放大器主要的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)1、使用靈活，可以做為構(gòu)成各種模擬電路的基本元素。1、帶寬有限，常用型號(hào)在20MHz以下。2、使用方便，比三極管集成度高得多，還有大量的使用實(shí)例。2、通常無(wú)法輸出較大電流，不可以直接驅(qū)動(dòng)功率器件。3、種類(lèi)繁多，達(dá)到數(shù)十萬(wàn)種，選擇余地大。4、價(jià)格低廉，最低達(dá)到0.5元/個(gè)以下。5、工作穩(wěn)定，對(duì)比分立器件電路，抗干擾能力強(qiáng)，無(wú)需過(guò)多的調(diào)整工作點(diǎn)。本講座的主要內(nèi)容對(duì)設(shè)計(jì)者而言，運(yùn)算放大器到底能解決什么問(wèn)題？在運(yùn)算放大器令人眼花繚亂的眾多參數(shù)中那幾個(gè)最最重要？它們?cè)鯓佑绊憣?shí)際設(shè)計(jì)？我們常用的運(yùn)放有哪些，各自在什么時(shí)候用？怎么對(duì)它們進(jìn)行分類(lèi)？運(yùn)放電路設(shè)計(jì)時(shí)的基本原則有什么？運(yùn)算放大器典型應(yīng)用電路分析。本講座的主要內(nèi)容對(duì)設(shè)計(jì)者而言，運(yùn)算放大器到底能解決什么問(wèn)題？在運(yùn)算放大器令人眼花繚亂的眾多參數(shù)中那幾個(gè)最最重要？它們?cè)鯓佑绊憣?shí)際設(shè)計(jì)？我們常用的運(yùn)放有哪些，各自在什么時(shí)候用？運(yùn)放電路設(shè)計(jì)時(shí)的基本原則有什么？運(yùn)算放大器典型應(yīng)用電路分析。運(yùn)放到底能干什么？運(yùn)放幾乎能夠解決《模擬電路基礎(chǔ)》書(shū)中又有的問(wèn)題。但諸如模擬減法器，乘法器，ADC等應(yīng)用由于需要精密的阻容元件，幾乎無(wú)法在實(shí)際設(shè)計(jì)中使用。好在模擬半導(dǎo)體供應(yīng)商已經(jīng)將大部分上述功能做成了集成電路，無(wú)需我們?cè)谠O(shè)計(jì)中用單獨(dú)的運(yùn)放來(lái)完成。因此總結(jié)起來(lái)將，作為一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者而言，運(yùn)放主要應(yīng)用在以下方面：運(yùn)放能為設(shè)計(jì)者解決什么問(wèn)題？對(duì)于生物醫(yī)學(xué)工程、自動(dòng)控制和功率電子等低頻應(yīng)用，運(yùn)算放大器能解決的問(wèn)題可以說(shuō)是萬(wàn)變不離其宗：信號(hào)放大；阻抗變換；在反饋控制電路中充當(dāng)比較環(huán)節(jié)；模擬濾波器。解決的問(wèn)題利用了運(yùn)放的什么特性典型應(yīng)用信號(hào)放大開(kāi)環(huán)增益大；足夠的乘積增益帶寬心電信號(hào)的拾??；傳感器微弱信號(hào)放大電路阻抗變換高輸入阻抗，低輸出阻抗；在計(jì)算上體現(xiàn)為“虛短”和“虛短”右腿驅(qū)動(dòng)電路；ADC驅(qū)動(dòng)；各種傳感器調(diào)理電路反饋電路中的比較環(huán)節(jié)高輸入阻抗；低失調(diào)電壓恒流源、恒壓源等各種帶“恒”的電路模擬濾波器高輸入阻抗，低輸出阻抗；運(yùn)放的帶寬抗混疊濾波器本講座的主要內(nèi)容對(duì)設(shè)計(jì)者而言，運(yùn)算放大器到底能解決什么問(wèn)題？在運(yùn)算放大器令人眼花繚亂的眾多參數(shù)中那幾個(gè)最最重要？它們?cè)鯓佑绊憣?shí)際設(shè)計(jì)？我們常用的運(yùn)放有哪些，各自在什么時(shí)候用？運(yùn)放電路設(shè)計(jì)時(shí)的基本原則有什么？運(yùn)算放大器典型應(yīng)用電路分析。運(yùn)算放大器的主要參數(shù)運(yùn)算放大器的數(shù)據(jù)手冊(cè)中各種參數(shù)，令人眼花繚亂，達(dá)到近百種。有些參數(shù)其實(shí)不一定很有用，本講座只重點(diǎn)介紹幾種，同時(shí)還要指出：通過(guò)舉例，指出這些參數(shù)對(duì)常見(jiàn)設(shè)計(jì)的影響；常見(jiàn)型號(hào)運(yùn)放的這些參數(shù)值是多少。偏置電流IB理想運(yùn)放的輸入阻抗是無(wú)窮大，也就是沒(méi)有輸入電流。但實(shí)際上不可能做到，因此定義從同相端流入，反相端流出的電流較偏置電流。偏置電流對(duì)運(yùn)放的性能較大，主要體現(xiàn)在：直接影響運(yùn)放的輸入阻抗——體現(xiàn)為在影響輸出的靜態(tài)工作點(diǎn)；隨溫度漂移較大，致使系統(tǒng)不穩(wěn)定，性能隨溫度變化。怎樣對(duì)付IB右圖是教科書(shū)上常見(jiàn)的一種做法:R3本來(lái)沒(méi)有任何意義，但這里用來(lái)平衡IB帶來(lái)的對(duì)工作點(diǎn)的影響。試想，沒(méi)有R3，且輸入為地，輸出也應(yīng)該在工作點(diǎn)“地”附近，但I(xiàn)B會(huì)使輸出不為地。加入R3后，同相和反相端的輸入電阻平衡了，這樣會(huì)使輸出重新等于地。但是現(xiàn)代運(yùn)放的IB較小，性能一般的LM358可以做到250nA以下，這樣在5k電阻上只產(chǎn)生1.25mV的工作點(diǎn)偏移，可以不考慮。因此現(xiàn)在通常情況下，可以不使用上述電路了，只需要考慮輸出電阻非常大的情況。例如：IB對(duì)心電放大器的主放大級(jí)的影響偏置電流將在阻值為1M的電阻RMA1上產(chǎn)生誤差電壓，且這個(gè)電壓會(huì)被放大器的增益放大。如果仍然使用LM358則同相端將由于IB產(chǎn)生0.25V的誤差，這個(gè)誤差再被放大后將在輸出腳變成25V偏差（如果電源電壓足夠高的話），這會(huì)使整個(gè)放大器失效！CMOS和JFET運(yùn)放的IB一般較?。篗CP6002（CMOS）的偏置電流可達(dá)1pA左右；TL082（JFET）的偏置電流可達(dá)50pA以下；TLC2272（JFET）的偏置電流可達(dá)1pA左右；失調(diào)電壓Vo指為了使輸出電壓為零而在輸入端加的補(bǔ)償電壓。它反映了運(yùn)放本身輸入級(jí)的匹配程度。它本身并不大一般在5mV以下，精密運(yùn)放一般可以達(dá)到100uV以下，目前最高精度的運(yùn)放可以達(dá)到1uV以下。由于運(yùn)放出廠后Vo基本不會(huì)變化，所以Vo只會(huì)對(duì)增益較大的直流應(yīng)用產(chǎn)生影響。Vo對(duì)心電放大器的主放大級(jí)的影響前級(jí)的儀用放大器輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)高通濾波器后進(jìn)入主放大級(jí)的同相端。如果僅考慮直流情況，同相端將等于REF1.5，這樣輸入端將疊加上Vo放大101倍的結(jié)果，從而直接影響主放大器輸出信號(hào)的直流點(diǎn)。因此心電放大器的主放大器必須是一個(gè)偏置電流足夠小，失調(diào)電壓也較小的高性能運(yùn)放。關(guān)于“偏置”和“失調(diào)”偏置——Bias失調(diào)——Offset這是兩個(gè)非常容易混淆的概念，記住偏置指兩個(gè)量的平均值，共有部分；而失調(diào)是指兩個(gè)量的差，不同部分。可以容易的區(qū)分。對(duì)應(yīng)輸入電流和電壓還應(yīng)該有：“失調(diào)電流”和“偏置電壓”兩個(gè)概念。但“失調(diào)電流”一般小于電流偏置；電壓偏置是由輸入信號(hào)決定的。所以這兩個(gè)參數(shù)并不常用。相關(guān)概念的比較IB和Vo的溫漂正如上面分析的IB和Vo主要影響運(yùn)放輸出的工作點(diǎn)，但這種影響是固定的。也就是說(shuō)，當(dāng)運(yùn)放被選定后IB和Vo引起的工作點(diǎn)的偏差也就固定了，這樣的誤差是可以通過(guò)人工調(diào)整去除，還好對(duì)付。但I(xiàn)B和Vo的溫漂是指IB和Vo隨溫度變化的大小就是一個(gè)幾乎不可去除的因素了，因?yàn)樗鼈兛傇谧兓Ｒ虼藢?duì)于特別精密，且工作環(huán)境溫度變換較大的電路IB和Vo也是考慮的重點(diǎn)。相關(guān)概念的比較轉(zhuǎn)換速度（壓擺率）SRSR是運(yùn)放輸出信號(hào)上升的最快速度。SR對(duì)運(yùn)放應(yīng)用的影響主要在兩方面：對(duì)幅度較大的正弦輸入，SR較小時(shí)可能造成信號(hào)失真。產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字信號(hào)時(shí)，比如用運(yùn)放做比較器時(shí)，輸出的數(shù)字信號(hào)上升沿不夠陡峭。SR和大幅度的正弦信號(hào)正弦信號(hào)的最大上升速度出現(xiàn)在過(guò)零點(diǎn)處，且信號(hào)幅度越大，這個(gè)地方的上升速度也就越大。根據(jù)計(jì)算可知，SR和正弦信號(hào)頻率f以及幅度V0之間有以下關(guān)系：SR=2π×fmax×V0輸出做為數(shù)字信號(hào)的運(yùn)放的SR做為跟隨器的運(yùn)放OPArA的SR的大小將直接影響輸出數(shù)字信號(hào)的大小，因此做為這種應(yīng)用的運(yùn)放要選擇SR較大的信號(hào)。常見(jiàn)運(yùn)放的SRLM358、LM324的SR僅有0.5V/uS左右；MCP6002的SR也僅有0.5V/uS左右；音頻運(yùn)放的SR較高，因?yàn)閾?jù)說(shuō)有的耳朵能夠聽(tīng)出SR的高低：TL082的SR達(dá)到13V/uS;TL2272的SR達(dá)到3V/uS；LF356的SR達(dá)到13V/uS；輸入和輸出電壓范圍運(yùn)放是一種“線性器件”，這意味著在任何情況下：不允許輸入電壓高于或低于電源電壓；輸出也不可能高于或低于電源電壓；在滿(mǎn)足上述條件的情況下也并不意味著：輸入電壓可以達(dá)到或接近電源電壓；輸出電壓可以達(dá)到或者接近電源電壓；實(shí)際上在經(jīng)典的技術(shù)中輸入和輸出的最大電壓都必須距離電源1.5V左右。TL082就屬于這類(lèi)經(jīng)典器件，輸入和輸出電壓都必須距離電源一定范圍，如果輸入過(guò)大還將引起“翻轉(zhuǎn)”現(xiàn)象。但隨后出現(xiàn)了一個(gè)非常著名的運(yùn)算放大器，LM358（LM324、LM321），它是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的標(biāo)志性產(chǎn)品。它具有一個(gè)非常優(yōu)秀的特性：LM358的輸入和輸出可以達(dá)到甚至超過(guò)負(fù)電源。關(guān)于單電源和雙電源隨著LM358這類(lèi)輸入和輸出范圍可以達(dá)到電源的運(yùn)放的引入。運(yùn)放中出現(xiàn)了一個(gè)新的概念——“單電源”運(yùn)放。其實(shí)從本質(zhì)上講：運(yùn)放只需要一對(duì)分別接在電源腳上的電源，且所有的輸入和輸出都不可以超過(guò)這對(duì)電源的范圍。因此，沒(méi)有什么單電源和雙電源之分。引申的概念例如，諸如TL082之類(lèi)的運(yùn)放如果應(yīng)用到單電源的系統(tǒng)中，只要工作點(diǎn)選擇合適，完全是可以的。關(guān)于單電源和雙電源關(guān)于單電源和雙電源但這樣做會(huì)帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題：輸入和輸出信號(hào)的范圍會(huì)減小很多，更為嚴(yán)重的是上圖電路的信號(hào)范圍無(wú)法達(dá)到GND。這是絕大多數(shù)單電源系統(tǒng)無(wú)法忍受的。而如果使用LM358這些輸入輸出范圍可以達(dá)到負(fù)電源的運(yùn)放則沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題。于是就將這些輸入和輸出范圍可以達(dá)到負(fù)電源的運(yùn)放稱(chēng)為“單電源”運(yùn)放。電源電壓范圍這個(gè)概念通俗易懂，就是指工作時(shí)允許的電源電壓，但很重要。因?yàn)殡S著嵌入式系統(tǒng)的普及，以及利用數(shù)字CMOS圓晶的下腳料制作運(yùn)放的風(fēng)氣的興起，運(yùn)放被明顯的分為高電壓型和低電壓型。電源電壓范圍低壓型的電源范圍一般在1.8～5.5V左右，我們常用的以MCP6002為代表；高壓型的是較早的型號(hào)，沒(méi)有固定值。典型的常用型號(hào)電源范圍：LM358等5V～32VTL0829V～30VTLC22724.5V～16V軌到軌（Rail-Rail）的引入在3V電源的系統(tǒng)中，再使用LM358之類(lèi)經(jīng)典運(yùn)放，則3V的模擬電路工作范圍將有很大一部分浪費(fèi)在輸入和輸出無(wú)法達(dá)到的“頭”和“腳”上。于是一種稱(chēng)為“軌到軌（Rail-Rail）”的技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。這種技術(shù)允許輸入或輸出允許電壓達(dá)到或者非常接近電源電壓。軌到軌軌到軌的運(yùn)放分為：“輸出軌到軌”和“輸入、輸出軌到軌”兩種。原因是輸入軌到軌會(huì)引起失調(diào)電壓的變化，從而帶來(lái)不必要的諧波失真，因此有的應(yīng)用不能選用。使用軌到軌運(yùn)放時(shí)，值得注意的是：能夠不用輸入軌到軌的時(shí)候盡量少用；軌到軌雖然意味著輸出電壓可以達(dá)到電源，但在接近電源電壓時(shí)運(yùn)放的輸出能力將遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于正常值。心電放大器中的這個(gè)主運(yùn)放其實(shí)最合適使用“輸出軌到軌”的運(yùn)放。因?yàn)樗脑鲆婧艽?，這樣輸入一般不可能達(dá)到電源，但輸出為了充分利用3V的電源，提高后續(xù)ADC的利用率，則需要使用軌到軌功能。也就是說(shuō)更合適用OPA2335，但價(jià)錢(qián)不可同日而語(yǔ)。這是一個(gè)失敗的設(shè)計(jì)。本來(lái)先通過(guò)數(shù)字電位器和電位器調(diào)節(jié)OPA的同相輸入電壓，從而達(dá)到控制LM317公共端的目的，進(jìn)而控制LM317的輸出電壓。但沒(méi)有注意到OPA在接近負(fù)電源軌也就是地時(shí)輸出電流很小，無(wú)法驅(qū)動(dòng)RP1流入的電流，從而無(wú)法使運(yùn)放的輸出達(dá)到地。也就無(wú)法使LM317輸出其最低電壓——1.25V。軌到軌運(yùn)放舉例TLC2272就屬于輸出軌到軌的運(yùn)放；OPA2355也屬于輸出軌到軌的運(yùn)放；低電源電壓運(yùn)放（1.8～5.5V）則絕大多數(shù)屬于“輸入、輸出軌到軌”的運(yùn)放，例如：MCP6002OPA2333……本講座的主要內(nèi)容對(duì)設(shè)計(jì)者而言，運(yùn)算放大器到底能解決什么問(wèn)題？在運(yùn)算放大器令人眼花繚亂的眾多參數(shù)中那幾個(gè)最最重要？它們?cè)鯓佑绊憣?shí)際設(shè)計(jì)？我們常用的運(yùn)放有哪些，各自在什么時(shí)候用？怎么對(duì)它們進(jìn)行分類(lèi)？運(yùn)放電路設(shè)計(jì)時(shí)的基本原則有什么？運(yùn)算放大器典型應(yīng)用電路分析。運(yùn)放的分類(lèi)速度、精度分按輸入結(jié)構(gòu)分電源分按速度和精度分大公司網(wǎng)站一般按照“高速”和“高精度”的原則對(duì)運(yùn)放進(jìn)行分類(lèi)。高速放大器指帶寬在20MHz以上的放大器，這類(lèi)放大器除了帶寬較寬以外：失調(diào)電壓較大，偏置電流也較大，所需電源電流較大；但轉(zhuǎn)換速度也大。高速運(yùn)放又分為電流反饋型和電壓反饋性?xún)煞N。我實(shí)驗(yàn)室并不常用。高精度運(yùn)放高精度運(yùn)放則具有：較小的失調(diào)電壓，偏置電流，較大的開(kāi)環(huán)增益，所需電流也較小。本試驗(yàn)室常用。下面的幾種分類(lèi)主要針對(duì)高精度運(yùn)放進(jìn)行。按輸入結(jié)構(gòu)工藝分類(lèi)按結(jié)構(gòu)或者說(shuō)半導(dǎo)體工藝來(lái)分類(lèi)，目前常見(jiàn)的運(yùn)放有以下三種：完全雙極性工藝的運(yùn)放；具有JFET輸入的運(yùn)放；MOS-FET工藝的運(yùn)放。雙極性工藝在三種基本的工藝中，雙極性工藝是最古老的半導(dǎo)體工藝。它完全由普通三極管構(gòu)成，因此其具有：優(yōu)勢(shì)：工作電壓范圍寬；失調(diào)電壓小；帶寬寬成本較低劣勢(shì)：耗電高；偏置電流大；雙極型工藝?yán)纾篖M358家族，OP07，uA741，MC34072等等。J-FET輸入的工藝為了增加運(yùn)放的輸出電阻，降低偏置電流。將雙極性工藝的運(yùn)放的輸入級(jí)變?yōu)榻Y(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管。當(dāng)隨之而來(lái)的是J-FET輸入的柵極電壓很難一致，需要激光修正，從而提高了成本。優(yōu)勢(shì)：偏置電流??；由于偏置電流小所以具有低的電流噪聲；在音頻領(lǐng)域有良好的應(yīng)用。劣勢(shì)：失調(diào)電壓大；（經(jīng)過(guò)特殊工藝調(diào)整可以降低）需要較高的工作電壓；帶寬窄；成本較高。J-FET工藝?yán)纾篖F家族，TL082等，OPA627(最貴的運(yùn)放)，AD8620等等。MOS-FET工藝MOS工藝的運(yùn)放近年來(lái)興起的工藝。它是在利用制造數(shù)字IC剩余的圓晶面積上制造運(yùn)放，因此多是一些數(shù)字電路廠商在生產(chǎn)(如TI、Microchip等)。優(yōu)勢(shì)：MOS輸入偏置電流?。还臉O低；成本極低。劣勢(shì)：失調(diào)電壓較大；（經(jīng)過(guò)特殊工藝調(diào)整可以降低）只能工作在很低的電壓；帶寬窄；MOS-FET工藝這類(lèi)運(yùn)放特別適合嵌入式系統(tǒng)：因?yàn)楣ぷ麟妷旱?，正好適合電池系統(tǒng)；MOS工藝很低的工作電流，也滿(mǎn)足系統(tǒng)節(jié)電的需求；低廉的成本適合量產(chǎn)產(chǎn)品控制成本。較大的失調(diào)電壓對(duì)于便攜產(chǎn)品則不太重要。TI是第三大的半導(dǎo)體商，模擬電路則是全球第一。因此TI擁有最為繁多的MOS運(yùn)放。MOS-FET工藝?yán)纾篗CP6002、TLC2272、TLV2462等等。三種工藝的比較雙極型工藝J-FET工藝MOS工藝失調(diào)電壓較小較大（可調(diào)整）較大（可調(diào)整）偏置電流大小小工作電壓寬范圍需較高電壓只能用低壓噪聲水平小小大成本中高低帶寬寬較窄較窄應(yīng)用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用音頻嵌入式領(lǐng)域功耗大大小LM358LM324最常見(jiàn)的一種運(yùn)放，成本很低（一元以下），工作電壓范圍很寬。最大特點(diǎn)是輸入和輸出范圍可以達(dá)到地甚至低于地。缺點(diǎn)是帶寬較窄（約1MHz），失調(diào)電壓和偏置電流都比較大。轉(zhuǎn)換速度也非常低（約0.2V/uS）。電源電壓最低可以達(dá)到單3V。TL082LF356LF353常見(jiàn)的J-FET運(yùn)放，TL082（TI）和LF356,LF353的性能很接近，價(jià)格也較接近。輸入阻抗達(dá)到10^12Ω左右。轉(zhuǎn)換速度在10V/uS左右。失調(diào)電壓可以達(dá)到10mV。帶寬為5－10MHz。電源電壓需要±5V以上。MCP600XMicrochip公司的低成本CMOS運(yùn)放，價(jià)格在1元左右。電源電壓為1.8－5.5V，軌到軌輸入和輸出。工作電流僅100uA左右。輸入電阻達(dá)到10^13Ω左右。(比JFET高一個(gè)數(shù)量級(jí))失調(diào)電壓可達(dá)5mV。帶寬僅1MHz，轉(zhuǎn)換速度僅0.6V/uS。OP07經(jīng)典的高精度運(yùn)放，雙極型工藝。各個(gè)公司退出OP07的兼容升級(jí)版本。如ADI公司的OP27,OP37；TI公司的OPA77等等。失調(diào)電壓在100uV以下；速度很低，帶寬僅0.4MHz，轉(zhuǎn)換速度僅0.3V/uS。電源電壓±3V以上。AD8552號(hào)稱(chēng)世界上最精密的運(yùn)放。取代斬波式。失調(diào)電壓達(dá)到1uV以下；偏置電流10pA。軌到軌輸入和輸出。電源電壓2.7V－5.5V。共模抑制比140dB；電源抑制比130dB。帶寬僅1MHz，上升速度0.5V/uS。謝謝！運(yùn)算放大器實(shí)戰(zhàn)入門(mén)(下)本講座的主要內(nèi)容對(duì)設(shè)計(jì)者而言，運(yùn)算放大器到底能解決什么問(wèn)題？在運(yùn)算放大器令人眼花繚亂的眾多參數(shù)中那幾個(gè)最最重要？它們?cè)鯓佑绊憣?shí)際設(shè)計(jì)？我們常用的運(yùn)放有哪些，各自在什么時(shí)候用？怎么對(duì)它們進(jìn)行分類(lèi)？運(yùn)放電路設(shè)計(jì)時(shí)的基本原則有什么？運(yùn)算放大器典型應(yīng)用電路分析。運(yùn)放電路設(shè)計(jì)的基本原則原則上，所有的輸入和輸出電壓都不允許或不能夠超過(guò)電源電壓范圍。輸入輸出范圍必須由具體型號(hào)決定?！疤摱獭焙汀疤摂唷笔撬蟹治龊陀?jì)算的基礎(chǔ)，但它們成立的前提是“負(fù)反饋”成立。一般運(yùn)放的輸出電流不允許超過(guò)20mA，否則將不再滿(mǎn)足“虛短”和“虛斷”的原則。所有的運(yùn)放電路都必須存在一個(gè)工作點(diǎn)，沒(méi)有正確工作點(diǎn)，所有的設(shè)計(jì)就像沒(méi)有基礎(chǔ)一樣無(wú)法工作。本講座的主要內(nèi)容對(duì)設(shè)計(jì)者而言，運(yùn)算放大器到底能解決什么問(wèn)題？在運(yùn)算放大器令人眼花繚亂的眾多參數(shù)中那幾個(gè)最最重要？它們?cè)鯓佑绊憣?shí)際設(shè)計(jì)？我們常用的運(yùn)放有哪些，各自在什么時(shí)候用？怎么對(duì)它們進(jìn)行分類(lèi)？運(yùn)放電路設(shè)計(jì)時(shí)的基本原則有什么？運(yùn)算放大器典型應(yīng)用電路分析。設(shè)計(jì)舉例下面通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)例，說(shuō)明上述設(shè)計(jì)基本原則的應(yīng)用。例1基本放大電路優(yōu)缺點(diǎn)：1、增益為負(fù)，可以在任何范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。2、放大器帶寬較寬。3、運(yùn)放輸入共模電壓不變，失調(diào)電壓固定。4、具有輸入電流通路，可以用作電流和電荷放大器。5、輸入阻抗為R1，較小。優(yōu)缺點(diǎn)：1、增益為正，但大于1。2、放大器帶寬較窄。3、運(yùn)放共模電壓隨輸入電壓變化，失調(diào)電壓有可能變化。4、輸入阻抗為運(yùn)放輸入阻抗，很大。可以用作電壓型傳感器放大器。例2工作點(diǎn)（麥克風(fēng)放大器）駐極體麥克風(fēng)可以簡(jiǎn)化為一個(gè)受聲音控制的受控電流源。放大電路要完成的任務(wù)：將受控電流源變化轉(zhuǎn)換為電壓變化；將電壓變?yōu)殇浺粼O(shè)備（如ADC）可以接收的0～電源電壓的電平信號(hào)。例2問(wèn)題：1、這個(gè)電路的工作點(diǎn)是多大，有誰(shuí)決定的？2、電容C起到了什么作用？如果是雙電源電路是否需要電容C?3、怎樣增大電路的增益？例3小電流恒流源的設(shè)計(jì)問(wèn)題：設(shè)計(jì)一個(gè)角度傳感器的調(diào)理電路，該傳感器工作原理是一個(gè)電位器：轉(zhuǎn)過(guò)的角度和兩個(gè)測(cè)試端之間的電阻成正比。分析：需要恒流源做為調(diào)理電路，U=R*I，如果電流固定，則輸出電壓和測(cè)試端之間的電阻成正比。思路：最直接的想法是利用“虛斷”，如果從輸入端往后輸送一個(gè)固定電流，則反饋通路上的負(fù)載將得到這個(gè)固定的電流。例3問(wèn)題：1、恒流源的“恒流”是多大？2、這個(gè)電路能夠提供的最大“恒流”是多大？3、電路輸出的電壓怎樣隨角度傳感器的輸入變化？（傳遞函數(shù)）4、恒流源的穩(wěn)定程度主要由什么決定？5、電壓基準(zhǔn)為什么要反著接？怎樣改進(jìn)？6、在這個(gè)電路中使用虛斷的前提是什么？7、這個(gè)放大電路的“工作點(diǎn)”是什么？例3仔細(xì)分析上圖可以發(fā)現(xiàn)，可以用一種更本質(zhì)的方法得到這個(gè)電路：這是一個(gè)電流反饋電路。通過(guò)傳感器的電流在RCRA2上變?yōu)殡妷海?VREF和地之間的壓差），這個(gè)電壓被反饋到了運(yùn)放的反相輸入端，從而構(gòu)成了一個(gè)電流負(fù)反饋電路。例4大電流恒流源的設(shè)計(jì)例1電路的重要缺點(diǎn)是輸出電流小，為了增大其輸出電流，自然聯(lián)想到使用分離元器件：例4問(wèn)題：1、恒流源的“恒流”是多大？2、這個(gè)電路能夠提供的最大“恒流”是多大？3、怎樣確定這個(gè)電路是負(fù)反饋電路？它具有什么樣的負(fù)反饋形式？4、電路的工作點(diǎn)是什么？5、怎樣提供更大的輸出電流？例5電流、電荷放大器如果某個(gè)傳感器的機(jī)理是輸入物理量和輸出的電荷或者電流成正比。則我們就需要一個(gè)理想的（內(nèi)阻為0）電流或電荷的“接收器”。當(dāng)這些傳感器從反相輸入端輸入時(shí)，根據(jù)“虛短”原則，這個(gè)輸入端將被固定在同相輸入端給定的電平上。而傳感器輸出的電荷或者電流將被完全吸收，從而構(gòu)成輸入電阻為0的理想“接收器”。例5硅光電池的接收電路電荷放大器例6阻抗變換的例子注意接成跟隨器的運(yùn)算放大器OPAM1A的作用：右腿驅(qū)動(dòng)放大器OPAM1B是一個(gè)反相放大器，它的輸入阻抗等于1K（RDR9）。如果直接將Y型電阻網(wǎng)絡(luò)的中心點(diǎn)直接連接到反相放大器的輸入，相當(dāng)于在這個(gè)點(diǎn)和OPAM1B的工作點(diǎn)REF1.5之間連接了一個(gè)1K的電阻，這個(gè)電阻勢(shì)必影響Y型電阻網(wǎng)絡(luò)的工作，因此必須加入跟隨器進(jìn)行阻抗變換。心電放大器右腿驅(qū)動(dòng)的電路例7增加運(yùn)放輸出能力的電路普通運(yùn)放的輸出能力在20mA左右，無(wú)法達(dá)到很多應(yīng)用的需求。這是一個(gè)通過(guò)推挽輸出的三極管增加輸出電流的例子。問(wèn)題：1、怎樣分析這個(gè)電路的反饋，它的增益是多大？2、這個(gè)電路中為什么沒(méi)有出現(xiàn)去除“交越失真”的二極管，運(yùn)放的什么參數(shù)決定了不需要這兩個(gè)二極管？3、除了三極管的飽和電流之外，電路的輸出電流還由什么決定？怎樣提高？例8METER_BUS下行調(diào)制METER_BUS下行調(diào)制是電壓調(diào)制，需要讓電壓在24V和12V之間切換。且工作電流較大，可能達(dá)到100mA以上。比較直接的一種想法就是：用小電流的調(diào)整電路首先產(chǎn)生24V和12V的電平信號(hào)，再用輸出電流較大的“跟隨器”來(lái)產(chǎn)生METER_BUS的信號(hào)。例8問(wèn)題：1、功率輸出部分的增益是多大？2、為什么是一個(gè)N溝道MOS管和一個(gè)PNP三極管的組合，且三極管是一個(gè)小功率管？3、這個(gè)電路有什么致命問(wèn)題？問(wèn)題：為什么要將運(yùn)放的電源提高到30V？例9減法器為什么說(shuō)減法器很重要？實(shí)際設(shè)計(jì)中（如心電放大器和很多傳感器電路），很多情況下干擾以共模形式存在，即干擾會(huì)同時(shí)出現(xiàn)在傳遞信號(hào)的兩根線上。解決的辦法是求兩個(gè)信號(hào)線的差。運(yùn)算放大器本來(lái)是一個(gè)三端器件：求出兩個(gè)輸入端的電壓差，表示在輸出端上。但直接用運(yùn)算放大器求出電壓之差并不是一件容易的事。原因是運(yùn)放的增益很大，且不是一個(gè)恒定的值。例9典型的減法器。

問(wèn)題：1、這個(gè)放大電路的工作點(diǎn)是多少伏？2、影響這個(gè)電路精度的最重要因素是什么？3、Vref是否可