运算放大器实战入门下

运算放大器实战入门(下)云南大学信息学院：何乐生2010.4本讲座的主要内容对设计者而言，运算放大器到底能解决什么问题？在运算放大器令人眼花缭乱的众多参数中那几个最最重要？它们怎样影响实际设计？我们常用的运放有哪些，各自在什么时候用？怎么对它们进行分类？运放电路设计时的基本原则有什么？运算放大器典型应用电路分析。运放电路设计的基本原则原则上，所有的输入和输出电压都不允许或不能够超过电源电压范围。输入输出范围必须由具体型号决定。“虚短”和“虚断”是所有分析和计算的基础，但它们成立的前提是“负反馈”成立。一般运放的输出电流不允许超过20mA，否则将不再满足“虚短”和“虚断”的原则。所有的运放电路都必须存在一个工作点，没有正确工作点，所有的设计就像没有基础一样无法工作。本讲座的主要内容对设计者而言，运算放大器到底能解决什么问题？在运算放大器令人眼花缭乱的众多参数中那几个最最重要？它们怎样影响实际设计？我们常用的运放有哪些，各自在什么时候用？怎么对它们进行分类？运放电路设计时的基本原则有什么？运算放大器典型应用电路分析。设计举例下面通过设计实例，说明上述设计基本原则的应用。例1基本放大电路优缺点：1、增益为负，可以在任何范围内调节。2、放大器带宽较宽。3、运放输入共模电压不变，失调电压固定。4、具有输入电流通路，可以用作电流和电荷放大器。5、输入阻抗为R1，较小。优缺点：1、增益为正，但大于1。2、放大器带宽较窄。3、运放共模电压随输入电压变化，失调电压有可能变化。4、输入阻抗为运放输入阻抗，很大。可以用作电压型传感器放大器。例2工作点（麦克风放大器）驻极体麦克风可以简化为一个受声音控制的受控电流源。放大电路要完成的任务：将受控电流源变化转换为电压变化；将电压变为录音设备（如ADC）可以接收的0～电源电压的电平信号。例2问题：1、这个电路的工作点是多大，有谁决定的？2、电容C起到了什么作用？如果是双电源电路是否需要电容C?3、怎样增大电路的增益？例3小电流恒流源的设计问题：设计一个角度传感器的调理电路，该传感器工作原理是一个电位器：转过的角度和两个测试端之间的电阻成正比。分析：需要恒流源做为调理电路，U=R*I，如果电流固定，则输出电压和测试端之间的电阻成正比。思路：最直接的想法是利用“虚断”，如果从输入端往后输送一个固定电流，则反馈通路上的负载将得到这个固定的电流。例3问题：1、恒流源的“恒流”是多大？2、这个电路能够提供的最大“恒流”是多大？3、电路输出的电压怎样随角度传感器的输入变化？（传递函数）4、恒流源的稳定程度主要由什么决定？5、电压基准为什么要反着接？怎样改进？6、在这个电路中使用虚断的前提是什么？7、这个放大电路的“工作点”是什么？例3仔细分析上图可以发现，可以用一种更本质的方法得到这个电路：这是一个电流反馈电路。通过传感器的电流在RCRA2上变为电压（-VREF和地之间的压差），这个电压被反馈到了运放的反相输入端，从而构成了一个电流负反馈电路。例4大电流恒流源的设计例1电路的重要缺点是输出电流小，为了增大其输出电流，自然联想到使用分离元器件：例4问题：1、恒流源的“恒流”是多大？2、这个电路能够提供的最大“恒流”是多大？3、怎样确定这个电路是负反馈电路？它具有什么样的负反馈形式？4、电路的工作点是什么？5、怎样提供更大的输出电流？例5电流、电荷放大器如果某个传感器的机理是输入物理量和输出的电荷或者电流成正比。则我们就需要一个理想的（内阻为0）电流或电荷的“接收器”。当这些传感器从反相输入端输入时，根据“虚短”原则，这个输入端将被固定在同相输入端给定的电平上。而传感器输出的电荷或者电流将被完全吸收，从而构成输入电阻为0的理想“接收器”。例5硅光材电池押的接泥收电泻路电荷芹放大隙器例6阻抗肯变换咽的例渠子注意坦接成陵跟随心器的蕉运算场放大彻器OP羊AM促1A的作与用：右腿毙驱动派放大田器OP傍AM医1B是一染个反惊相放扣大器跌，它疯的输略入阻喜抗等船于1K（RD隶R9）。届如果县直接污将Y型电脉阻网着络的滴中心瘦点直载接连啊接到劲反相济放大幻玉器的技输入锋，相共当于昏在这纯个点际和OP鸦AM宣1B的工懂作点RE径F1议.5之间对连接拳了一鸟个1K的电网阻，潮这个菌电阻搅势必沫影响Y型电午阻网句络的能工作技，因焦此必阁须加衡入跟罪随器纷进行阻抗夸变换。心电姑放大在器右怀腿驱煎动的狐电路例7增加伍运放窗输出芝能力握的电稻路普通洋运放晌的输愁出能杆力在20朽mA左右市，无帽法达蔑到很税多应护用的凝需求虽。这声是一毯个通表过推宫挽输企出的端三极历管增留加输采出电算流的范例子梢。问题斩：1、怎邪样分功析这识个电蒙路的古反馈注，它谢的增袋益是难多大迟？2、这叶个电锻路中推为什灿么没鱼有出俊现去厅除“炕交越偷失真骗”的投二极既管，场运放倚的什毅么参扒数决加定了粒不需举要这谁两个孙二极咸管？3、除愚了三胞极管涌的饱罗和电估流之服外，浇电路育的输言出电敲流还茎由什凡么决线定？漂怎样源提高维？例8播ME性TE芦R_妨BU博S下行灯调制ME粘TE察R_炊BU览S下行咽调制卧是电歼压调管制，仇需要傲让电战压在24党V和12贿V之间贼切换橡。且馋工作握电流砍较大嘱，可助能达煤到10奋0m机A以上猴。比较虫直接道的一牛种想级法就朴是：豆用小侮电流巴的调薪整电驻路首挑先产叔生24懒V和12绵V的电响平信盐号，尚再用搁输出和电流馋较大拜的“罩跟随张器”粥来产疾生ME对TE肚R_逼BU膝S的信邀号。例8问题饺：1、功霜率输币出部错分的喘增益牺是多据大？2、为艇什么跑是一倾个N沟道MO脏S管和劈燕一个PN倘P三极菊管的烈组合笋，且盒三极复管是域一个阻小功变率管详？3、这侨个电猎路有牛什么逝致命多问题寸？问题从：为什惰么要裹将运落放的喘电源认提高领到30任V？例9减法别器为什蜘么说晴减法串器很尚重要券？实际极设计蚕中（课如心润电放跳大器吗和很旦多传村感器嚼电路拳），拜很多荣情况贝下干暗扰以掌共模蝇形式孟存在陈，即忧干扰漏会同倘时出参现在鞭传递衣信号校的两举根线川上。忆解决文的办夜法是投求两凤个信塑号线克的差岗。运算仁放大躬器本裁来是躁一个孔三端叠器件品：求冶出两误个输繁入端楼的电倾压差先，表欠示在巾输出吵端上茅。但贫直接郑用运输算放什大器负求出佳电压狗之差芦并不麻是一躺件容垂易的稿事。团原因肤是运怨放的自增益仅很大种，且乐不是册一个毅恒定箩的值即。例9典型激的减圈法器寸。问题截：1、这凶个放午大电羡路的努工作邻点是川多少捧伏？2、影甩响这岸个电土路精花度的拦最重滋要因婶素是支什么障？3、Vr梳ef是否脚可以宾通过劣电阻洋分压优产生剂？4、这伟个电钱路的敏输入讽阻抗扰是多搏大？根据辛叠加努原理巡寿，这买个电哀路的却传递辣函数霜等于申：(V愁O-尖Vr斜ef略)/编(V票1-索V2嫂)=卷K其中K=秋R2或/R敞1=住R4供/R毁3例9减法除器电秧路的并主要兼缺点输入得阻抗钱不够嘱大，汪无法絮直接呀应用弓在心疮电放凑大等苍电路桑中；需要菌精确棍的电默阻网才络R1顿~R屯4，如尿果这乔四个雀电阻序之间繁的比傍例关舱系有万误差询将严贩重影离响减洋法器腹的精桶度。增益折调节左时需掀要至张少同衣时按迟比例饮改变罗两个芒电阻慈的阻谎值，记因此粗几乎旗无法嚷实现雷增益享调节阵。例10差分拾放大稿器为了遮解决堤上述死矛盾武，有肚一种忍解决历方案惕：在挣减法袜器前师面加咏上一壶个差烫分放露大器挪。该侄差分伤放大参器不筝直接瞧去做澡减法码，而投是完休成放替大——放大票两个礼信号否的差懂模部胸分，逢共模疏部分抬不变抛，留嫁待后生续减州法器美解决扶。该差谈分放跌大器丙还应穗具有宰以下熄特性借：输幕入阻蓄抗无哈穷大涂；能垦够方绸便的粘改变冬差模影信号镇的放树大倍萌数。例10差分为放大椅器问题慎：1、这胸个放石大电那路差姑模增孕益和绣共模凤增益匹分别宁等于舞多大起？2、输叔入阻柱抗等踩于多摸大？倾输入什阻抗借呢？3、通矩过什易么方估法可叨以方绍便的叙改变孔它的驶差模窝增益友？例11仪用肾放大固器将上觉述两粮种放年大器前合在哈一起缠就得骄到了知我们脆常用栗的“误仪用立放大亮器”东：AD消62症0嫁A掠D6俱23绵AD稍82承20合I臂NA技11疮0泪I弱NA金11者8等等茄。例11仪用近放大轿器由差纹分放丢大器雷提供亡的很姐高的牧输入餐阻抗规；由激他光修迈订的猛非常袍准确矩的电紧阻R1油-R肆4（价匹格较植高的染原因吧），由提供育很高博的共需模抑沉制能高力；可以哈通过伟电阻Rb进行粱方便丘调节克的增厦益；输出挖的是下两个挎信号存的差项，但箭这个贩差的偷表示聚方法炎是相呈：对光于可间变的Vr球ef。也漏就是盘实现勉的电睬平的亏平移像。例11仪用镰放大假器使咽用注趟意事苦项：不要蒜轻视5脚Vr茅ef，因融为它渠等于钓是提僚供了潜输出罗的参刮考点饼。可牌以用辞它将输饱出变伪换到浅所需第的任筒意电券平基坊准上，单祝电源矛应用臭正是她基于毯上述吓思路类。Vr桨ef引脚输入室电阻讽不是贤无穷伶大，不烟可以贿由电砌阻分租压产击生。仪用陡放大宴器的奋共模故抑制救比和增李益成尤正比。输入全信号忘电平点不能阳超过叠电源大范围赤。例12最精惧彩的割一例利用客极低判的失错调电肉压的辣运放完，不初切断回导线详，直弱接测峰量导慰线上尚流过行的电辆流。有的剪运放腐的失索调电且压已丽经非唤常小1u交V，这盲意味剧着在1Ω的导茶线上蒜可以渡描述1u萄A的电轧流，塌这可煮以完挑成一许个