课件汇总-第3章模拟电路设计

厦门理工学院通信工程系1第3章模拟电路设计厦门理工学院通信工程系2第3章模拟电路设计3.1运算放大器的基本特性3.2放大器设计3.3滤波器设计3.4电源电路设计3.5模拟可编程器件厦门理工学院通信工程系33.1运算放大器（OperationalAmplifier）的基本特性3.1.1运算放大器的基本特性开环增益直接影响运算精度和许多特性指标，Ao愈大愈好。理想运算放大器Ao为无穷大。输入偏置电流IIB，表示了运放输入端正常工作时需提供的偏置电流，它的大小间接反映了运放芯片的输入电阻。IIB愈小，输入电阻愈大，芯片的温漂和运算精度愈高。理想运放。输入失调电压VIO反映了运放芯片本身输入级差分对管的对称程度，所以当VI=0时，VO≠0。为了使Vo=0，等效在输入端施加的补偿电压（失调补偿调零电位器不起作用时）即为VIO

。愈小愈好，理想运放VIO=0。厦门理工学院通信工程系4运算放大器的基本特性差模输入电阻rid指的是输入端加入差模信号时，运放芯片的输入呈现的电阻。rid愈大，意味着从信号源（或前级电路）提取的电能愈小，对信号源影响愈小。也就是rid对信号源而言，就相当于它的负载。理想运放的rid

为无穷大。理想运放输出电阻ro。理想闭环电路ro=0，ro表征器件对负载的驱动能力。厦门理工学院通信工程系5运算放大器的基本特性带宽BW，又称单位增益带宽或增益带宽积。指的是当运放的闭环增益为1（即0dB）时的带宽。一般增益与带宽的乘积为一常数，故闭环增益愈高，实际运放电路的带宽愈小。运放的BW主要由芯片内部的器件与电路决定。理想运放的BW为无穷大。转换速率SR,亦称“压摆率”，反映了运放对输入信号的响应速度，即输出信号对时间变化的斜率.厦门理工学院通信工程系6运算放大器的基本特性2．运算放大器的一个重要特性—三“虚”虚断虚地虚短厦门理工学院通信工程系73.1.2几类常用的运算放大器1.通用型运算放大器通常型运放电特性一般，价格低廉，典型代表有LM741（1968）、LM124/224/324（单/双/四运放)2.低失调、低漂移运算放大器此类运放的电性能比通用型的要高，特别是失调电压要小得多，其代表有OP07/OP27/OP37、AD508。此类运放常用在测试与仪表电路。3.高输入阻抗运算放大器此类运放芯片内部输入为MOS管，故输入电阻很高。其代表有TL081/082/084、CA3140、AD594等。其中AD549由于超低的IIB常用于微弱电流测量。

厦门理工学院通信工程系8几类常用的运算放大器4.斩波稳零型运算放大器ICL7650ICL7650输入级使用了MOSFET，输入电阻达1012Ω。电路采用斩波自动稳零及调制与解调（200Hz）等措施，使小至1µV，温度漂移也很小，应用时无须失调调整，十分方便。特别适用于微弱信号放大。5.宽带低噪声运放OPA6426.音频前置放大NE5532，NE5534

7.可编程增益功率放大器AD83208.可控增益宽带放大器AD603、VCA2612

厦门理工学院通信工程系9几类常用的运算放大器9.高速，宽带运算放大器这一类运放以AD8011、CF357等为代表，其BW>100MHz，在放大高频率信号时必须使用它们。THS4001270MHz,AD817，LM318OPA842/843/844/846/847电流反馈运放OPA603，THS4648,OPA468410.增益可编程运算放大器图3.1.4为通过引脚可编程增益的运放PG103。通过A1、A0两引脚的控制电平可使运放的增递分别为1、10、100。类似的还有AD8520等。

厦门理工学院通信工程系10增益可编程运算放大器电流检测放大器INA2xx/19xx/16x/13x厦门理工学院通信工程系113.2放大器设计3.2.1负反馈电路图3.2.2为基于运放的闭环负反馈电路的基本结构。它由开环增益为A0的运放，反馈网络组成。图中箭头代表信号流向。

理想闭环增益仅取决于反馈系数β，与运放芯片、电源电压、温度、信号参数等因素无关。这就是闭环负反馈运放大电路增益稳定性高，能有效改善波形失真、频率特性的根本原因。

厦门理工学院通信工程系123.2.2基本放大电路（1）反相输入放大电路厦门理工学院通信工程系13（2）同相输入放大电路厦门理工学院通信工程系14（3）差分输入放大电路厦门理工学院通信工程系153.2.3放大电路设计要点1．单双电源运算放大器的选择首先应根据输入信号的极性，选择单电源或双电源供电的运放。只有输入信号为单极性的正信号时才能使用单电源供电的运放。大多数运放均要求双电源供电才能正常工作，只有少数如LM324、LM358之类的运放允许单电源供电。2．电源去耦运放电源去耦是很有必要的，特别在系统总增益很高的前级电路，更是不可或缺。

厦门理工学院通信工程系16放大电路设计要点3．弱信号放大的相关问题

从降低噪声，提高信噪比以利于弱信号放大的角度出发，需注意以下各点：（1）选用低噪声的运算放大器（2）采用噪声极微的分立元件FET对管构成前置差分放大电路（3）闭环负反馈电路采用阻值较低的线绕电阻（4）利用选频、滤波等措施降低白噪声

厦门理工学院通信工程系17放大电路设计要点4．宽带放大当信号频率较高或被放大的是脉冲信号时，采用高BW、高SR的运放显然是非常必要的。为获得足够的带宽，闭环增益不能设计得太高，一般应<10。图3.1.2充分说明了带宽与闭环增益的矛盾。需要注意的是信号的带宽应明显低于闭环带宽。5．放大器反馈回路电阻阻值的选择从减小热噪声的角度，反馈回路电阻的阻值要尽量小一些。但阻值过小会使反相输入放大电路的输入电阻降低。通常以千欧数量级采用较多。

厦门理工学院通信工程系18放大电路设计要点6．运算放大器的保护措施图3.2.10运放的保护电路

图3.2.11运放输出电压限幅电路

厦门理工学院通信工程系19放大电路设计要点7．失调电压的补偿由于失调电压的存在，使运放的零点不为零。LM741之类运放本身带有补偿端，可按图3.1.1（b）外接电位器W调整之。对于无调零端的运放可以采用图3.2.12电路来进行失调补偿。

图3.2.12运放的外加调零电路厦门理工学院通信工程系20放大电路设计要点8．扩展输出电流与扩展输出电压9．注意运放的稳定性10．优良的工艺是放大器质量的保证厦门理工学院通信工程系213.2.4运算放大器的参数对放大器性能的影响工程上设计一个放大器往往是以理想运放为依据，根据简化的公式进行。当设计一个精密放大或运算电路时，实际运放参数的影响不可忽略。

1．开环增益A0

2．CMRR的影响3．输入、输出电阻4．输入失调电压

厦门理工学院通信工程系22专题1、运放的误差与运放的选择1、运放的误差分析。2、如何选择运放。OP07Vs.LF353Vs.uA741厦门理工学院通信工程系232.失调电压VIO、失调电流IIO和偏置电流IIB带来的误差输入为零时的等效电路厦门理工学院通信工程系24解得误差电压当时，可以消除偏置电流引起的误差，此时当电路为积分运算时，即换成电容C，则时间越长，误差越大，且易使输出进入饱和状态。引起的误差仍存在厦门理工学院通信工程系25如何选择运放运放参数：运放VIOIIOOP0760uV0.8nALF3535mV25pAuA7411mV20nA厦门理工学院通信工程系26专题2、单电源运放的运用单电源运放的输入输出经过特殊设计，典型的单电源运放LM324、LM358。单电源运放的输出可以近似在0～V-Vsat。双电源运放最好不要使用单电源。以电源中点电压为基准的放大器（教材P112）厦门理工学院通信工程系27双电源运放uA741如果使用单电源，当输入端的电压降到一定时，输入管将截止。运放的输出将不可预测uA741的输入部分厦门理工学院通信工程系28单电源运放LM324LM324的输入电压可以从0V直到Vcc-1.5VLM324的输入部分厦门理工学院通信工程系29单电源运放LM324LM324的输出电压可以从接近0V直到Vcc-1.5VLM324的输出部分厦门理工学院通信工程系30单电源运放OP279OP279的输入电压可以从0V直到VccOP279的输入部分厦门理工学院通信工程系31单电源运放OP279OP279的输出电压可以从75mV直到4.8V(5V电源)OP279的输出部分厦门理工学院通信工程系32专题3、交流放大器运放必须要施加偏置电压。交流放大器的典型运用是音频放大器。厦门理工学院通信工程系33交流反相放大器LM324，单电源供电厦门理工学院通信工程系34交流同相放大器LM324，单电源供电厦门理工学院通信工程系35耳机驱动器OP279，单电源供电厦门理工学院通信工程系36音频前置放大器NE5532，双电源供电厦门理工学院通信工程系37麦克风前置放大器ADI公司SSM2135，单电源供电专题4、运放带宽和SR的关系运放的带宽参数包括开环3dB带宽（741约为10Hz以下）和单位增益带宽（741约1.7MHz)。运放的SR（SlewRate）是大信号条件下电压的上升率（741约为0.5V/us）。一般来说，运放的带宽越宽，SR越大。但是带宽一般是指运放在小信号线性工作情况下，而SR是大信号极限情况。厦门理工学院通信工程系38运放带宽和SR的关系若运放的小信号带宽为，则其频响可以表示为：若输入为阶跃信号，则运放的输出为：Vo从10%上升到90%的时间定义为上升时间，易得，厦门理工学院通信工程系39运放带宽和SR的关系大信号带宽（全功率带宽FPB）的计算：假设输入信号为：，则：因此，必须保证，即，若令Vom为运放输出饱和电压Vsat，则：增大运放SR的方法包括增大ft，减小跨导，增大饱和电流。厦门理工学院通信工程系40厦门理工学院通信工程系41专题5、电流反馈运放电流反馈运放和电压反馈型运放有着不同的拓扑结构。电流反馈型运放的主要优点是高速，以及增益变化时其带宽相对稳定。而电压反馈型运放的增益和带宽的积是一个常数。典型电流反馈运放：OPA603，AD846，AD8011，AD8005厦门理工学院通信工程系42电流反馈运放OPA603内部电路图电流反馈运放电流反馈运放原理图厦门理工学院通信工程系43电流反馈运放原理分析虽然VP和VN输入分别是高阻和低阻，仍然有

与电压反馈运放一致。图中IN的输出通过（等效为阻容并联）转换为电压输出，有：一般很大而IN很小，可以认为与电压反馈运放相同。厦门理工学院通信工程系44电流反馈运放右图可以列出：可得：若，那么：于是：

厦门理工学院通信工程系45INVi厦门理工学院通信工程系46电流反馈运放电流反馈运放增益表达式（信号从”+”端输入）：即带宽只取决于，而非增益。厦门理工学院通信工程系47电流反馈运放OPA60310MHz低通滤波器厦门理工学院通信工程系48电流反馈运放OPA603中心频率10MHz带通滤波器厦门理工学院通信工程系49专题6、

运放运用1、电压－电流转换器up2up1运放运用电压-电流转换器电路分析：已知：可列方程：所以：Ro上的电压：最后可得：厦门理工学院通信工程系50厦门理工学院通信工程系51运放运用电流－电压转换器i1i2i3运放运用T型电阻网电流-电压转换器电路分析：由图可列方程：解得：其中，k为比例系数：厦门理工学院通信工程系52厦门理工学院通信工程系53运放运用电压－频率转换器运放运用压控振荡器电路分析：同相滞回比较器回差电压：设初态，D截止，于是，由于，迅速上升，直到，输出，D导通，实现求和积分，此时，由于，迅速降为，回到的初态。振荡周期：厦门理工学院通信工程系54厦门理工学院