电子系统设计第1讲(1)

1、电子系统设计第电子系统设计第1 1讲讲(1)(1) 第一部分 模拟电子系统设计与实践 v随着电子技术的发展 综合电子系统中模拟子系统比重下降 模拟子系统具有关键的作用 模拟子系统的设计具有挑战性 v模拟子系统设计的关键 如何性能优良的集成电路连接成系统，满足设计 要求 第1章 基于集成运放的放大电路设计 v1.1 运算放大器的模型 v1. 理想运算放大器模型 第1章 基于集成运放的放大电路设计 （1）开环电压增益AVO； （2）输入电阻ri= ； （3）输出电阻ro=0； （4）频带宽度f=； （5）共模拟制比KCMR=； （6）失调漂移、内部噪声均为0。 v对于理想运算放大器的前三条特性，通

2、用运 放一般可以近似满足，后三条特性一般通用 放大器不易达到，但对某些功能电路非常重 要，实际使用时，可选用专用运算放大器来 近似满足。如可选用带宽运算放大器获得一 定的频带宽度，选用精密运放使失调漂移、 内部噪声趋于0. 第1章 基于集成运放的放大电路设计 v2. 实际运算放大器模型 第1章 基于集成运放的放大电路设计 （1）差分输入电阻ri； （2）电压增益AVO； （3）输出电阻rO； （4）差分输入电压vD=vP-vN。 741运算放大器的ri=2M，AVO=200V/mV，ro=75。 v1.2 用集成运放构成的基本放大电路 1. 比例运算放大电路 第1章 基于集成运放的放大电路设计

3、 Avf=vo/vi= -R2/R1 1 2 i o vf 1 R R v v A v2. 加法电路 第1章 基于集成运放的放大电路设计 f 2 2 1 1 o R R v R v v）（ v2. 加法电路 第1章 基于集成运放的放大电路设计 TLC7524 1o 2V5vv v当D/A转换器输出为正弦信号时，输入、输出 对应的关系曲线： 第1章 基于集成运放的放大电路设计 v3. 基本差分放大电路 第1章 基于集成运放的放大电路设计 抑制共模输入信号 2 1 f F2 F 1 1 f o2o1o 1v R R RR R v R R vvv）（ v基本差分电路 第1章 基于集成运放的放大电路设

4、计 在实际使用中，差分放大电路的电阻参数很难完全匹配，导致共模抑制能力下 降，这时可采用专用差分放大器。 v4. 仪表放大器 第1章 基于集成运放的放大电路设计 应变片传感器 电桥测量电路输出信号的特点是较小（微伏级到毫伏级）的差模信号 而有较大（几伏）的共模信号。 v4. 仪表放大器 基本差分电路虽然可以达到放大差模信号，抑制 共模信号的目的，但存在输入电阻较低、增益调 节不便的缺点。 第1章 基于集成运放的放大电路设计 v4. 仪表放大器 第1章 基于集成运放的放大电路设计 抑制共模分量是使用仪表放大器的唯一原因 ）（ 12 1 2 o 21vv R R v v1.3 集成运放的主要参数

5、输入偏置电流、输入失调电流 输入失调电压 增益带宽积GBW 转换速率SR 共模抑制比CMRR 最大差模输入电压和最大共模输入电压 第1章 基于集成运放的放大电路设计 第1章 基于集成运放的放大电路设计 v1. 增益带宽积GBW 开环电压增益从开环直流增益A0下降3dB时所对应的 频宽称为开环带宽BW 。 从开环直流增益到0dB时所对应的频宽称为单位增益 带宽GBW 。 第1章 基于集成运放的放大电路设计 v 第1章 基于集成运放的放大电路设计 v 第1章 基于集成运放的放大电路设计 v1. 增益带宽积GBW 增益与带宽的乘积基本上是恒定的，因此降低增益可 以增加带宽。通过负反馈，可以扩展放大器

6、的带宽。 第1章 基于集成运放的放大电路设计 v2. 转换速率 转换速率又称压摆率，是运放在额定负载及输入阶跃 大信号时输出电压的最大变化率，即 Vo SR t 第1章 基于集成运放的放大电路设计 v2. 转换速率 v用放大器处理大振幅的高频输出，除了放大器的 带宽，还应考虑运放的转换速率。 v当处理信号的频率发生变化时，转换速率维持不 变，当放大器输出大振幅的高频信号时，转换速 率对实际带宽起到主要的约束。 v2. 转换速率 假设运算放大器的转换速率为SR，欲输出信号 的振幅为Vo（max），那么大振幅的频率带宽可用下 式换算： 第1章 基于集成运放的放大电路设计 fp（max）=SR/（2

7、Vo（max） v2. 转换速率 OPA552的单位增益带宽GBW为12MHz，SR为 24V/S，用其构成放大倍数为5的反相放大器， 其小信号带宽为12MHz/5=2.4MHz，当输出信号 的峰-峰值为10V时，其 第1章 基于集成运放的放大电路设计 fp（ （max）=SR/（ （2Vo（ （max） ）=764（kHz） 超低失调电压运算放大器OP07 符号符号参参 数数测试条件测试条件最小最小典型典型 最大最大单位单位 VOS输入失调电压输入失调电压VS=15V，TA=253075V IOS输入失调电流输入失调电流TA=250.42.8nA IB输入偏置电流输入偏置电流TA=251.0

8、3.0nA VCM输入共模电压范围输入共模电压范围VS=15V11-12+15V RIN输入电阻输入电阻TJ=252060M IVR输入电压范围输入电压范围1314V CMRR共模抑制比共模抑制比VCM=13V110126dB VOM最大输出电压摆幅最大输出电压摆幅VS=15V，RL=10k12.513V SR压摆率压摆率VS=15V，TA=250.10.3V/s GBW单位增益带宽单位增益带宽VS=15V，TA=250.40.6MHz 低成本、轨对轨输出、单电源供 电高速运算放大器MAX4016 符号符号参参 数数测试条件测试条件最小最小典型典型最大最大单位单位 VOS输入失调电压输入失调电

9、压VS=15V，TA=25420mV IOS输入失调电流输入失调电流TA=250.120A IB输入偏置电流输入偏置电流TA=255.420A RIN输入电阻输入电阻 差分模式差分模式 -1VVIN+1V 70k 共模模式共模模式 -0.2VVCM+2.75V 3M CMRR共模抑制比共模抑制比VEE-0.2VVCMVCC-2.25V70100dB VOM 最大输出电压摆最大输出电压摆 幅幅 RL=150 VCC-VOH0.3 V VOL-VEE0.3 SR压摆率压摆率VOUT=2V阶跃阶跃600V/s GBW单位增益带宽单位增益带宽VOUT=20mVP-P150MHz 第1章 基于集成运放的

10、放大电路设计 v1.4 正确使用集成运算放大器 1. 集成运放的选择 v无特殊要求：选通用运算放大器 v一个电路包含多个运放：选双运放、四运放 v对功耗有限制：低功耗运放 v有很高的输入阻抗：高输入阻抗运放 v系统要求精密：高精密、低漂移、低噪声运放 v系统工作频率较高：高速及带宽运放 v较大负载：功率运放 第1章 基于集成运放的放大电路设计 v1.4 正确使用集成运算放大器 2. 使用集成运放应注意的问题 v（1）正确使用性能参数 在使用运算放大器时，领会参数含义、注意参数测试条件。 设计时要对参数留有一定余量，使用时一定要查阅相关器件 的数据手册。 第1章 基于集成运放的放大电路设计 v1

11、.4 正确使用集成运算放大器 2. 使用集成运放应注意的问题 v（1）正确使用性能参数 性能参数是在一定外部条件下测定的： 环境温度 直流供电电压 负载条件 信号大小和频率 第1章 基于集成运放的放大电路设计 v1.4 正确使用集成运算放大器 2. 使用集成运放应注意的问题 v（2）输入保护电路 第1章 基于集成运放的放大电路设计 v1.4 正确使用集成运算放大器 2. 使用集成运放应注意的问题 v（3）供电电源的去耦 大容量的电容用作低频滤波，小容量 的电容因其对高频信号形成低阻抗通 路，从而起到高频滤波作用。 第1章 基于集成运放的放大电路设计 v1.4 正确使用集成运算放大器 2. 使用集成运放应注意的问题 v（4）地线连接原则 底线连接总的原则是地线应短而粗并且在同一个点连接，数 字地和模拟地分