超全运算放大器设计指南资料.docx

今天主骁从六个方面洋解运算放大器原理、选型、分析及应用电路设计,具体知设点概括如下：运算放大器主要多数解析运放与比较器的破大区别在哪运放电路同相与反向输入调换有哪些情况？如何分析运放也路，具体怎么选择？运算放大器DataShee1.参数详细解析如何处理运放电路设计中的Bug?下面以运放电路分析、选型进行讲解,其他部分不逐一展开.目前市场运放种类繁多，面时不同的使用条件和环境,是否都能选择一样的运放呢?没关系，这是很多电子工程师都会困惑的问题，该如何分析运放电路呢？在学习运放选型前.我们需要先来透测的学习运放电路的内部结构和原理.对于我们来说运富放大器是模拟电路中十分31要的元件,它能组成放大、加法、减法、转换等各种电路，我们可以运用运放的“虚短”和“虚断”来分析电路，然后应用欧姆定律等电流电压关系，即可得输入输出的放大关系等。山干运放的电压放大倍数很大.一般通用型运算放大的开环电乐放大倍数都在HOdB以上.而运放的输出电压毡有限的，一般在1QV14V.因此运放的差模输入电压不足ImV,两输入端近似等电位，相当于“迈跖，开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等，“旌短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位,这一特性称为虚强短路.简称虚短.显然不能带两输入端真正短路.由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的怆入电阻都在IMa以上.因此流入运放输入端的电流往往不足1.u,远小于输入战外电路的电流.故通常可把运放的两输入然视为开路，E1.输入电阻越大，两输入端越接近开路”虚幅”是指在分析运放处于战性状态时,可以把两输入靖视为等效开路.这一特性称为虚假开路,简称虚断,显然不能将两输入湍真正断路.下面本文用虚断和虚断方法来对实际的电路进行分析，如图I所示，是常见的反相比例运募放大电路：图I-I.方向比例运算放大电路在反相放大电路中，信号电压通过电阻R1.加至运放的反相输入堆，输出电压Vo通过反馈电阻Rf反馈到运放的反相输入端，构成电压并联负反馈放大电路，运放的同相端接地=<)V,反相端和同相端虚短.所以也是OV.反相输入端输入电阻很高,虚断，几乎没有电流注入和漉山，那么R1.和Rf相当于是中联的,流过一个中联电路中的徒一只组件的电流是相同的，即流过R1.的电流和流过Rf的电流是相同的。根据欧姆定律：1.s=(Vs-V-VR1.(1)If=(V-SRf.(2)V-VIIs-If.(4)求解后可能Vo=(-Rf.'R1.)*Vi在分析电路的过程中，哲时不用管运放的其他特性，就根据虚短和虚断的特性来分析.当然，若运放不工作在放大区时，不满足虚短和虑断发条件，不能使用此种方法来分析，如比较涔.如下图1-2.是运放实现的加法渊,用虚短和虚断的方法来分析此电路.图1-2.运放实现的加法渊由于电路存在虚短,运放的冷输入电压VI=0,反相附为虚地，v1.=,vN-0(5)反相端输入电流i1.=0的概念，通过R2与R1.的电流之和等于通过Rf的电流，故：(Vs1.-V-rR1.+(Vs2-V-)R2=(V-Vo)Rf.(6)如果取R1.HR2=R3,由a.b两式解得:-Vbut-VsI+Vs(7)式(7)中负号为反相输入所致，若再接一级反相电路，可消去负号。简言之，虚短是运放正输入端和负输入端的电压相等.近似短路:虚断是流入正负输入端的电流为0.只要掌握了这一点，再运用欧姆定律,即可很容易的分析同相比例放大电路,反向比例放大电路等常用的运放放大电路。运放具体该先么选择呢？下面分类介绍什么情况下选择什么样的运放.I、通用型运算放大零通用型运算放大器就是以通用为日的而设计的，这类器件的主饯特点是价格低廉、产品求大面广.其性能指标能适合于一股性使用.例mA741(单运放)、1.M358(双运放)、1.M324(四运放),它们是目前应用最为广泛的集成运算放大.2、精密运算放大器精函运算放大器一般指失调电压低于ImV的运放，对于出流输入信号，输入失调电压(VOS)和它的温潦小就行，但对于交流输人信号，我们还必须考虑运放的输入电乐噪浑和输入电流噪声,在很多应川情况下检入电压噪声和输入电流噪声显得更为重要一些.在传劈零类型和（或）其使用环境书来许多特别要求时,例如超低功耗、低嫌声、零潦移、轨到轨怆入及输出、可毒的热桧定性和对数以F计读数和（或）在恶劣工作条件下提供致性能的可再现性，运算放大器的选择就会变得特别困娓，精密放大电路会多些电源去箱，滤波等特殊设计的电路.主要区别在于运灯放大器上，相密运W放大器的性能比一般运放好阚多，比如开环放大倍数更大，CMRR更大，速度比较慢，GBW,SR般比较小.失调电压或失调电流比较小，温度漂移小.噪声低等等。好的精密运放的性能远不是一般运算放大器可以比得，一般运放的失调往往是几个mV,而精港运放可以小到1.u，1的水平.要放大微小的信号,必维用精密运放，用了一般的运放，它自身都会带入很大的干扰要通过外围电路改善，小幅或者微调可以，但无法大幅度或者彻底改变。最常用的精密运放就是OP07,以及它的家族，OP27,OP37,OP177.OpA2333«其他的还有很多,比如美国AD公司的产品,很多都是OPA带头的.2-1.双路精密运算放大器3、高阻型集成运算放大涕而阻型集成运灯放大器的特点是差模输入阻抗非常高,输入偏跣电流常小,一般ridX1091012）W.11B为几皮安到几十皮安。实现这些指标的主要擀旗是利用场效应管高输入阻抗的特点,用场效应管加成运算放大潺的差分谕入级.用FEr作曲入级.不仅输入阻抗面.静人倒置电流低,而且具有高速、宽带和低噪声等优点,但怆入失调电压较大.常见的集成器件有1.F356、1.F355、1.F347"q运放）及更高输入阻抗的CA3130、CA3140等。4,低温漂鞭运算放大器在精密仪器、弱信号检测等自动控制仪表中,总是桁望运算放大器的失调电床要小且不随温度的变化而变化.低温涕型运算放大器就是为此而设计的.常用的感精度、低温涕运算放大器有OP07、OP-27,D508及由MoSFET组成的斩波稳零型低漂移器件IC1.7650等，5,高速型运放高速型运放在快速A/D和QA转换器、视频放大器中,要求集成运算放大涔的转换速率SR一定要高,睢位增益带宽BWG一定要足够大,像通用型集成运放是不能适合于高速应用的场合的.高速型运算放大器主要特点是具有面的转换速率和宽的频率响应。常见的运放有1.M3I8,nA71.5等.其SR=50-70V,us.BWG>20MHz.6、低功耗型运放低功耗型运放由于电子电路集成化的最大优点是能使复杂电路小型轻便.所以K1.行便携运翼放大器式仪器应用范困的扩大，必须使用低电源电压供电、低功率消耗的运整放大器相适用。常用的运算放大器有T1.4）22C'T1.30C等.其工作电压为±2V-±18V.消耗电流为50-25OmA.目前有的产品功耗已达微瓦覆,例如IC1.76W的供电电源为1.5V.功耗为IOmW.可枭用单节电池供电，SsS30.5110100SOOFrequency(MHz)7、高压大功率蟹运算放火器高大功率型运算放大器的输出电压主要受供电电源的限制.在普通的运算放大器中.输出电压的最大值般仅几十伏.输出电流仅几十厘安,若要提高怡出电压或增大箱出电流,集成运放外部必须要加辅助电路，窗压大电流集成运算放大器外部不衢附加任何电路，即可输出高电压和大电流，例如D41条成运放的电源电压可达±IS0V,mA791集成运放的输出电流可达IA.相伯通过上面的介绍，对不同使用条件下是否能使用同一种运放,显然是比较清楚的.实际选择弊成运放时，还应考虑其他因素，例如信号源的性侦，是电压源还是电流源：倒我的性旗.集成运放输出电压和电流的是否湎足要求：环境条件，集成运放允许工作范惕、工作电压范阳、功耗与体积等因素是否满足要求.最后再赠送大家一些评价运放的小羟验，评价集成运放性能的优劣,应看其综合性能.SR为转换率，单位为Vms,其他越大，表明运放的交流特性越好；Iib为运放的输入偏汽电流，单位是nA：VoS为输入失调电压，单位是mVIib和VOS值越小，表明运放的出流特性越好.所以，对于放大仔圾、视频等交流信号的电路,选SR（转换速率）大的运放比较合适：对于处理微弱的直流信号的电路，选用精度比较的高的运放比较合适（既失调电流、失调电压及温飘均比较小）.在没有特殊要求的场合，尽量选用通用型集成运放，这样既Ur降低成本.又容易保证货源.当一个系统中使用多个运放时.尽可能选用多运放集成电路,例如I.M324.1.F347等都是将四个运放封奘在起的柒成电路.运算放大器一、运放的分类h按照拓扑分类：电流反馈型(CFB)电压反馈型(VH3)2、按照工艺分类：双极型CMOS型BIMOS型3、按照性能分类：通用运放专用运放二、运放参数：-25X¾MhOft1.IQYbVc*afVMTB2，E.«.U人人*“XVn»,-4cSC。8z*c三“MVWA1gIGWgA4，g2av*a<ajT,-4TC.3Po(AM)A.e»*MMr*SOOIK1.S'WO1.1.0tHf»,人tMf0*SKM，(V-1.-»1f*fVCMvIaaMtf*Itv<v.<f*nr0，.人>1i1.M“fras-MC13Ja-4rc<ax»m*«««t4*neavrw>±a<1.iH1.2gva>>«(«a»tV，IIAA.YrCBu*xtrJa«*»*»®.0QSXI<三。twXIWT(1>>TM<V1.TT三三77BAWa.6MOXTH*M，”.如上是某运放在一定测试条件下的一些电气参数。供电：根据自己所需要的电路供电电压和猿出电压，先判断运放的供电电压是否满足,注：对于一些敏感小信号的处理时,运放的供电质量显的尤其重要,处理不好.会浪费高价买来的性能，如后面提及的PSRR：轨到轨：运放是否是轨到物箱入/出，这个决定能否满取程的跟随您所需要的信号，否则您需要时运放电路进行处理，注；如需放大如下图所示的交流信号时，因为一般运放并不能处理低于OV的电压信号,因此需要在送入运放输入培带宽：如果驱动海速模拟信号输出，加么这个就得注懑频率是否在带宽内，不然会造成信号失真(幅值)。注：带宽需要和实际放大倍数一起去考虑：驱动电流：这个决定您的驱动能力