电子电路理论课件

电子电路理论电子科学与工程学院杨恒新yanghx@12023/7/212目录1.如何使稳压管工作在额定电压2.如何设计高输入电阻放大电路3.多级放大电路的频响4.VFB&CFB运放5.运放指标6.运放选型步骤7.运放单电源工作设计8.运放应用特例9.放大器设计实例22023/7/213目录1.如何使稳压管工作在额定电压2.如何设计高输入电阻放大电路3.多级放大电路的频响4.VFB&CFB运放5.运放指标6.运放选型步骤7.运放单电源工作设计8.运放应用特例9.放大器设计实例32023/7/2141.如何使稳压管工作在额定电压R

ILIZDZ

RLUiUoi/mAu/V

IZmax0-UZ

IZmin42023/7/215目录1.如何使稳压管工作在额定电压2.如何设计高输入电阻放大电路3.多级放大电路的频响4.VFB&CFB运放5.运放指标6.运放选型步骤7.运放单电源工作设计8.运放应用特例9.放大器设计实例52023/7/2162.如何设计高输入电阻放大电路0-100MHz放大电路输入电阻为1M，如何设计？高频时容抗不可认为是∞OPA83062023/7/217C2C1RG1RSUDDRG2150k50k2k＋＋RLUoRG31M＋－＋－Ui0-100MHz放大电路输入电阻为1M，如何设计？72023/7/218目录1.如何使稳压管工作在额定电压2.如何设计高输入电阻放大电路3.多级放大电路的频响4.VFB&CFB运放5.运放指标6.运放选型步骤7.运放单电源工作设计8.运放应用特例9.放大器设计实例82023/7/21992023/7/2110目录1.如何使稳压管工作在额定电压2.如何设计高输入电阻放大电路3.多级放大电路的频响4.VFB&CFB运放5.运放指标6.运放选型步骤7.运放单电源工作设计8.运放应用特例9.放大器设计实例102023/7/21111)电压反馈运放(VoltageFeedBack,VFB)•误差信号用电压模型•输入端均为高输入阻抗•反馈使用电压模型4.VFB&CFB运放负反馈最终使误差电压为0112023/7/21122)电流反馈运放(CurrentFeedBack,VCB)•误差信号用电流模型•运放正端具有高输入阻抗,而负端输入阻抗低•反馈使用电流模型负反馈最终使误差电流为0122023/7/2113Gain<=3:通常选择VFBGain=>4:通常选择CFBFrequency<=10MHz:

通常选择VFB

Frequency>

10MHz:通常选择CFB

3)VFB&CFB选择CFB直流精度差132023/7/2114目录1.如何使稳压管工作在额定电压2.如何设计高输入电阻放大电路3.多级放大电路的频响4.VFB&CFB运放5.运放指标6.运放选型步骤7.运放单电源工作设计8.运放应用特例9.放大器设计实例142023/7/2115输入端口相关的指标

-输入阻抗

-带宽BW-失调电压offsetvoltage-偏置电流biascurrent-输入电压范围

-噪声特性输出端口相关的指标

-输出的驱动能力

-输出电压范围

-压摆率slewrate供电相关指标

-供电电压范围

-静态电流5.运放指标152023/7/21165.运放指标输入阻抗带宽失调电压偏置电流输入电压范围噪声特性输出电压范围压摆率162023/7/2117选择运放输入阻抗时要考虑被放大对象（信源）的内阻。运放的输入阻抗要远远大于信源内阻。5.运放指标-输入阻抗电流反馈型(CFB):如OPA691电压反馈型(VFB):如OPA830172023/7/21185.运放指标-输入阻抗例如信源内阻为10K欧姆，则需要选择100K以上的输入阻抗才能达到10%的误差，要达到1%的误差则要选择1M以上的输入阻抗。RiRsusui182023/7/21195.运放指标输入阻抗带宽失调电压偏置电流输入电压范围噪声特性输出电压范围压摆率192023/7/2120电流反馈型(CFB):如OPA691电压反馈型(VFB):如OPA830注：不同增益下的带宽通常不同5.运放指标-带宽注：不同增益下的带宽近似相同202023/7/2121-3dB带宽/单位增益带宽/全功率带宽全功率带宽大信号时带宽-3dB带宽/单位增益带宽小信号时带宽5.运放指标-带宽fDCGain3dBCornerFullPowerBandwidthUnityGainBandwidthA/dB0a)满程输出时能达到的带宽b)与压摆率密切相关212023/7/2122增益带宽积(GainBandwidthProduct,GBP)VFB类型：Gain*Bandwidth=常数带宽为1MHzGBP的运放在100倍增益时只有10KHz带宽

CFB类型：Gain*Bandwidth不固定5.运放指标-带宽222023/7/2123注：对高速放大器，由于寄生电容的影响，单位增益带宽常常大于其增益带宽积；对精密放大器，两者相等。OPA820的带宽5.运放指标-带宽单位增益带宽增益带宽积大信号带宽232023/7/21245.运放指标-带宽Rf带宽与同相输入端数目无关增益带宽积固定242023/7/21255.运放指标-带宽ViRfR2反相输入端越多，带宽下降越多Vo增益带宽积固定252023/7/21265.运放指标-带宽RfRcZcRf带宽与同相输入端数目无关用作电压跟随器时，反馈电阻不可为0262023/7/21275.运放指标-带宽RfRcZcViR2带宽与反相输入端数目无关27VFB&CFB带宽与运放连接关系电路连接运放类型同相输入反相输入VFB

增益带宽积固定;带宽与同相输入端数目无关

增益带宽积固定;反相输入端越多，带宽下降越多CFB

带宽与同相输入端数目无关;用作电压跟随器时，反馈电阻不可为0

带宽与反相输入端数目无关282023/7/21295.运放指标输入阻抗带宽失调电压偏置电流输入电压范围噪声特性输出电压范围压摆率292023/7/2130在高倍放大的精密电路中最为重要。失调电压被放大后直接影响电路检测微弱信号的精度。OPA333失调电压:10µV(max)温漂:0.05µV/˚C(max)5.运放指标-失调电压302023/7/21315.运放指标输入阻抗带宽失调电压偏置电流输入电压范围噪声特性输出电压范围压摆率312023/7/2132对高阻信源放大时非常重要。20uA的偏置电流，在100K电阻上产生的电压为2V。偏置电流乘以高阻可以产生很大的误差电压。OPA691的偏置电流在uA级别，双极型输入OPA656的偏置电流在pA级别，FET输入5.运放指标-偏置电流322023/7/21335.运放指标输入阻抗带宽失调电压偏置电流输入电压范围噪声特性输出电压范围压摆率332023/7/2134OPA335:Vdd+=5V,Vdd-=GND单电源运放5.运放指标-共模输入电压范围OPA365:Vdd+=5V,Vdd-=GND单电源运放

uA741：Vdd+=15V,Vdd-=-15V双电源运放342023/7/2135轨到轨输入和输出运放：输入和输出摆幅非常接近供电电源轨。轨到轨输出运放：输出摆幅非常接近供电电源轨，输入在高电平处需要1.5V的净空。非轨到轨运放：输入和输出在高电平和低电平处都需要一定的净空才能保证不发生削顶/底。

不适合在单电源中应用。OPA365:Vdd+=5V,Vdd-=GND5VGNDVoltageInputSignalRangeOPA335:Vdd+=5V,Vdd-=GND5VGNDVoltageOutputSignalRangeuA741:

Vdd+=15V,Vdd-=-15VVoltage3.5VVdd+Vdd-InputSignalRangeOutputSignalRangeInputSignalRangeOutputSignalRange5.运放指标-差模输入电压范围352023/7/21365.运放指标输入阻抗带宽失调电压偏置电流输入电压范围噪声特性输出电压范围压摆率362023/7/2137OPA337的噪声特性OPA335的噪声特性5.运放指标-噪声特性OPA337OPA335OPA335372023/7/21385.运放指标输入阻抗带宽失调电压偏置电流输入电压范围噪声特性输出电压范围压摆率382023/7/2139在最大输出幅度和供电电源轨间必须有一定的裕量或净空，保证输出不被削顶/底。对输入也是一样。根据运放输出结构不同，这个裕量从数mV到数V不等。5.运放指标-输出电压范围392023/7/2140轨到轨运放OPA354非轨到轨运放LM324在单电源供电中选择轨到轨（railtorail）更方便使用。5.运放指标-输出电压范围402023/7/2141运放不是轨到轨，在单电源低压供电下会使输出范围过小。这样放大较大信号时就会消峰。TINA-TI仿真结果如下：5.运放指标-输出电压范围412023/7/21425.运放指标输入阻抗带宽失调电压偏置电流输入电压范围噪声特性输出电压范围压摆率422023/7/2143输出信号的最大斜率，表示运放输出大幅度信号的能力。输出50MHz正弦信号时，振幅可以达到6V。5.运放指标-压摆率输出100MHz正弦信号时，振幅可以达到3V。432023/7/2144压摆率限制了输出大信号的带宽5.运放指标-压摆率442023/7/2145目录1.如何使稳压管工作在额定电压2.如何设计高输入电阻放大电路3.多级放大电路的频响4.VFB&CFB运放5.运放指标6.运放选型步骤7.运放单电源工作设计8.运放应用特例9.放大器设计实例452023/7/21466.运放选型步骤放大电路指标要求负载1k

放大倍数128倍输入1kHz,200mV(pp)正弦波，要求输出误差小于1%

输入100mV直流电平，要求输出误差小于1%462023/7/21471)供电电压200mV(pp)×128=25.6V(pp)需要30V(±15V)供电的放大器(考虑输出至电源轨1.5V裕量)2)失调电压Vos

输出误差小于1%所以Vos<1mV因为输入100mV(p)3)GBW增益带宽积1kHz信号，放大128倍，则最小GBW>128kHz,实际应用中留10-100倍的裕量，GBW取2MHz以上。6.运放选型步骤472023/7/21484)压摆率最大电压25.6V(pp),1kHz留10-100倍的裕量，因此选择1V/μs以上。5)综上

Vs>30V，Vos<1mV，GBW>2MHz，SR>1V/μs

可选择OPA227，OPA209，OPA2116.运放选型步骤482023/7/2149目录1.如何使稳压管工作在额定电压2.如何设计高输入电阻放大电路3.多级放大电路的频响4.VFB&CFB运放5.运放指标6.运放选型步骤7.运放单电源工作设计8.运放应用特例9.放大器设计实例492023/7/21507.运放单电源工作-反相放大单电源运放的设计要点是偏置电压的设定，要求静态时输出为电源电压的一半、输入通常也为电源电压的一半。反相放大DC耦合方式1502023/7/2151反相放大DC耦合方式27.运放单电源工作-反相放大512023/7/2152反相放大AC耦合方式7.运放单电源工作-反相放大52设计5V单电源三级反相放大器，增益分别为-5,-10,-2。Vs-Vs+V+5+VrefV1

2.5++-+Vs-Vs+Vref10K2K+-+Vs-Vs+Vref10K1K+-+Vs-Vs+Vref10K5K532023/7/2154同相放大DC耦合17.运放单电源工作-同相放大542023/7/2155同相放大DC耦合27.运放单电源工作-同相放大552023/7/2156同相放大AC耦合7.运放单电源工作-同相放大562023/7/2157差动放大DC耦合7.运放单电源工作-差动放大VcmVcm10VdmVcm+VdmVrefVout572023/7/2158目录1.如何使稳压管工作在额定电压2.如何设计高输入电阻放大电路3.多级放大电路的频响4.VFB&CFB运放5.运放指标6.运放选型步骤7.运放单电源工作设计8.运放应用特例9.放大器设计实例582023/7/2159当出现匹配要求时，用同相比例运算电路输入电阻为50Ω8.运放应用特例592023/7/2160如何使减法器的加权系数一致8.运放应用特例602023/7/2161仪表放大器具有高共模抑制比、高输入阻抗在R1=R2，R3=R4，Rf=R5的条件下Vo/(Vin+-Vin-)

=(1+2R1/Rg)(Rf/R3)

8.运放应用特例Vin-Vin+Vo612023/7/2162目录1.如何使稳压管工作在额定电压2.如何设计高输入电阻放大电路3.多级放大电路的频响4.VFB&CFB运放5.运放指标6.运放选型步骤7.运放单电源工作设计8.运放应用特例9.放大器设计实例622023/7/21631)类型通用放大器:单端输入差分放大器:差分输入,采用内部电阻,精确匹配,

KCMRR高仪用放大器:差分输入,输入阻抗高功率驱动电路9.放大器设计实例放大器设计是各类竞赛题中均包含的内容DIFFERENCEAMPLIFIERS632023/7/21642)指标宽带高增益（可调）高输出电压（或有输出功率要求）阻抗匹配失真带内增益起伏：(13年增益波动≤1dB，15年增益波动≤2dB)矩形系数9.放大器设计实例642023/7/2165在0～20dB可调在1MHz～15MHz频带内增益起伏≤1dB输入阻抗=50输出阻抗=50基本要求3)2013D题分析9.放大器设计实例652023/7/2166在0～60dB可调在1MHz～80MHz频带内增益起伏≤1dB发挥部分9.放大器设计实例662023/7/2167设计方案9.放大器设计实例DAC672023/7/2168带宽指标主要通过新型高性能的运放实现固定增益OPA690OPA2694功率放大器AD8321THS3201可调增益VCA821AD8009THS3201OPA847AD8367THS3091AD603VCA8209.放大器设计实例682023/7/2169高增益采用多级放大器实现典型的方案是采用3～4级放大器增益可调手动调整程控增益运放程控衰减器各级增益分配:6dB,14dB,-40～40dB,20dB如:程控步进衰减模块（PE4306）9.放大器设计实例692023/7/2170带内增益波动级间阻抗匹配频率补偿选增益曲线平坦的器件9.放大器设计实例OPA820702023/7/2171阻抗匹配输入端设置阻抗匹配网络输出端设置阻抗匹配网络用同相比例运算电路输出端串50电阻9.放大器设计实例OPA820712023/7/2172降低噪声选器件布局、屏蔽、去耦、接地运放电源线加磁珠和电容滤波信号耦合用电解电容并联高频瓷片电容以免高频增益下降数字电路部分和模拟电路部分的电源严格分开数字地和模拟地一点相连9.放大器设计实例722023/7/2173测量方法信号源内阻为50，先将信号源信号幅度设置为1mV，然后，再设置为20mV。示波器采用高阻输入方式，作品带着负载电阻测试。9.放大器设计实例732023/7/2174(1)反相输入端寄生电容反相节点对寄生电容(CSTRA