运算放大器及运算放大器选择应用.pptx
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1、1信号的一般处理流程第1页/共61页2运算放大器简介运算放大器的内部框图:输入级中间级输出级偏置电路IN-IN+Vout第2页/共61页3运算放大器简介输入级:采用差动放大电路,决定整个运放的输入阻抗、共模抑制比、零点漂移、信噪比及频率响应等;中间级:采用放大电路,主要作用是提高运放的电压增益输出级:采用射极输出器电路,决定运放的输出阻抗和输出功率;偏置电路:采用不同形式的电流源电路,为各级提供小而稳定的偏置电流。第3页/共61页4运算放大器的分类按用途分类:a.通用型运放:一般的,大规模使用,价格便宜。通用型运放又分为低增益、中增益和高增益三类,也可称为通用型、通用型和通用型集成运放。第4页
2、/共61页5运算放大器的分类b.专用型运放,也成特殊型运放:某一方面性能参数优良。专用型运放又分为低功耗型、高输入阻抗型、高速型(SR高)、高压型、电流型、大功率型、跨导型及程控型等。第5页/共61页6运算放大器的分类按集成个数分:单运放、双运放及四运放。第6页/共61页7实际运放的参数-直流参数、交流参数直流指标:输入失调电压、输入失调电压的温度漂移(简称输入失调电压温漂)、输入偏置电流、输入失调电流、输入偏置电流的温度漂移(简称输入失调电流温漂)、差模开环直流电压增益、共模抑制比、电源电压抑制比、输出峰-峰值电压、最大共模输入电压、最大差模输入电压。交流指标:开环带宽、单位增益带宽、转换速
3、率SR、全功率带宽、建立时间、等效输入噪声电压、差模输入阻抗、共模输入阻抗、输出阻抗。第7页/共61页8实际运放的参数1.输入失调电压(VIO):输入失调电压,简称VIO,其定义是为使运算放大器输出端为0V(或接近0V)所需加于两输入端间之补偿电压。理想之运算放大器其VIO为0V,一般为毫伏级,此参数越小越好。反应了运放制造中电路的对称情况。2.输入偏置电流(IIB):偏置电流(biascurrent)就是第一级放大器输入晶体管的基极直流电流的平均值。此参数越小越好。第8页/共61页9实际运放的参数3.输入失调电流(IIO):输入失调电流(inputoffsetcurrent)两输入端输入偏置
4、电流之差的绝对值。该值也是越小越好。4.差模输入电阻(RIN):输入电阻(inputresistance)两输入端间差动输入电阻。该值是越大越好。5.差模电压增益(AVD):也称为差动电压增益,是指输出电压的变化量与输入电压变化量的比值,即电压放大倍数。理想放大器的AV无限大,实际运放一般大于80dB。第9页/共61页10实际运放的参数6.共模电压增益(AVC):两输入端输入差模电压,输出电压的变化量与输入电压变化量之比。7.最大输出电压(VOM):对于实际运算放大器,若振幅变大,则输出信号接近正、负电源电压进入饱和状态,出现失真。在出现失真之前的最大电压称为最大输出电压。8.共模输入电压范围
5、(VICM):这表示运算放大器两输入端与地之间能加的共模电压的范围。第10页/共61页11实际运放的参数9.共模抑制比(KCMR):差模电压增益AVD与共模电压增益AVC之比称为共模抑制比。可以表示为KCMR=20lg(AVD/AVC)dB。此值越大越好,但是会随着信号的频率升高而下降,一般都大于80dB。10.电源电压抑制比(KSVR):运放的失调电压随电源的变化率称为电源电压抑制比。即输出信号受电源电压的影响程度。若电源变化VS时失调电压变化量为VIo,则KSVR定义为:KSVR=20lg(VS/VIo)dB。此值越大越好,较小时输出中出现电源噪声。第11页/共61页12实际运放的参数11
6、.消耗电流(ICC):这是运算放大器电源端流通用的电流,随外加电路与电源电压的不同而变化。消耗电流越小越好,较大时放大器发热增加引起输出直流漂移增大。12.转换速率(SR):若输入信号变化块,则输出跟不上输入的变化速度。SR是表示这种跟踪性能的参数。该值越大越好,但是该值高的运算放大器其他性能较差。13.增益带宽乘积(GB):表示电压增益频率特性的参数,单位为MHZ。(单位增益带宽)。第12页/共61页13实际运放的参数第13页/共61页14还应当注意的一些参数最高电源电压、功耗、工作温度、引线温度、输出电阻、建立时间等。第14页/共61页15理想运算放大器-理论分析理想运算放大器的主要特点:
7、(1)开环电压放大倍数A为无限大。(线性区虚短)(2)输入电阻Ri为无限大。(虚断)(3)输出电阻Ro为零。第15页/共61页16理想运放的分析方法线性区-工作在闭环负反馈状态虚短虚断饱和区-工作在开环、正反馈状态虚断比较输出:第16页/共61页17反馈反馈:把输出信号的一部分或全部以一定的方式送回输入电路中,以增强或减弱输入信号的效应。理想运放的放大倍数为无穷大,实际运放的放大倍数也很大,利用负反馈可以控制放大器的放大倍数,提高增益精度,避免放大倍数过大造成失真。同时引入负反馈还可以降低噪声、失真、输出阻抗,增大输入阻抗。第17页/共61页18运算放大器的基本应用电路放大电路有源滤波器微积分
8、电路电压跟随器电压电流转换电路加减运算电路比较器电路其他电路第18页/共61页19由运算放大器组成的一些基本电路电路类型V1V2ZGZFZ1Z2反相放大器输入信号GND由增益决定由增益决定开路ZG/ZF同相放大器GND输入信号由增益决定由增益决定ZG/ZF开路反相积分器输入信号GNDRGCG开路ZG/ZF缓冲器GND输入信号开路短路短路开路差分放大器输入信号-输入信号+RGRFRGRF第19页/共61页20电路中电阻的选择阻值小的电阻可以通过较大的电流,具有良好的频率特性以及可以驱动放大器;但是阻值过小会增大电路的功率,减小输出动态范围。大阻值电阻会带来更多的噪声以及干扰漂移电流。选择时应折中
9、选择(1K1000K)。第20页/共61页21放大电路-比例放大放大电路的种类很多,主要分为反相放大电路和同相放大电路。反相放大电路:信号由“-”端输入,放大后的信号相位与放大前相差180度。第21页/共61页22放大电路使用上述电路做放大器电路时,如果放大倍数很大,则R1的值非常大。有时实装与得到这种电阻都很困难,这时可以采用T型反馈电路,可有效降低R1的阻值。T型反馈电路第22页/共61页23运算放大器组成的放大电路同相放大电路:信号由“+”端输入,输出信号与输入信号相位相同。同相放大电路第23页/共61页24同相放大电路与反相放大电路的区别同相放大器:输入阻抗很大,但输入共模电压也大,共
10、模抑制比CMRR引起的误差在高频时不可忽略。反相放大器:输入阻抗由输入端的外界电阻决定,共模电压小,可以减小共模抑制比CMRR引起的误差。第24页/共61页25积分电路积分运算电路:与反相放大电路相比,用电容C代替电阻Rf作为负反馈元件就成为积分运算电路。容易得出,Uo=1/(RC)Uidt,其中RC为积分时间常数。第25页/共61页26微分电路将积分运算电路中的反相端输入电阻和反馈电容互相交换位置后即为微分运算电路。微分电路对高频干扰敏感。第26页/共61页27微积分电路的应用微分电路:微分电路可把矩形波转换为尖脉冲波。1.提取脉冲前沿(反应突变)2.高通滤波3.改变相角(加)积分电路:积分
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