运算放大器的基础知识.pdf

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1、运算放大器基本原理DAVIDKRESS技术营销总监模拟转电子信号处理传感器放大器转换器数字处理器(输入)执行器放大器转换器(输出)模拟转电子信号处理传感器放大器转换器数字处理器(输入)执行器放大器转换器(输出)放大器和运算放大器►放大器§将低电平、高源阻抗信号转换成高电平、低源阻抗信号§运算放大器、功率放大器、射频放大器、仪表放大器等§多数复杂的放大器都是通过组合运算放大器构建的►运算放大器§三端器件(加电源)§将输入端的小信号在输出端放大成超大信号运算放大器►工作§运算放大器可以利用反馈网络以多种方式

2、进行配置,以便对输入信号进行“运算”§“运算”包括正/负增益、滤波、非线性传递函数、比较、求和、减法、基准电压缓冲、差分放大、积分、差分等►应用§模拟设计的基本构建模块§传感器输入放大器§简单和复杂滤波器—抗混叠§ADC驱动器PhilbrickResearch于1953年推出的原始真空管运算放大器–使用+/-300V电源一些现代IC运算放大器封装的相对大小SC-70SOT-23MSOP8mSOIC8-SOIC14-SOIC0.1英寸(以上所有封装的缩放比例相同)SC-70SOT-23AD823JFET输

3、入运算放大器的简化原理图+VSV+0.3VQ43BEQ44Q57Q72Q61Q58Q49A=1A=19J1J6(+)R44R28INPUTS(-)S1PS1NQ62Q60OUTPUTVBQ48Q59Q17A=1A=19Q53Q35I1Q56-VS偏置电流=25pA(最大值)@+25°C输入失调电压=0.8mV(最大值,+25°C)输入电压噪声=15nV/Hz输入电流噪声=1fA/Hz标准运算放大器符号(+)INPUTS(-)理想运算放大器及其特性POSITIVESUPPLYIDEALOPAMPATT

4、RIBUTES:InfiniteDifferentialGainZeroCommonModeGainZeroOffsetVoltageZeroBiasCurrent(+)OPAMPINPUTS:INPUTSOPAMPOUTPUTHighInputImpedanceLowBiasCurrent(-)RespondtoDifferentialModeVoltagesIgnoreCommonModeVoltagesOPAMPOUTPUT:LowSourceImpedanceNEGATIVES

5、UPPLY运算放大器电路设计►使用负反馈§输出信号或其一个受控部分反馈到负(-)输入端§运算放大器会调整输出信号,直至输入差值变为0►高增益示例§假设运算放大器增益为106(一百万)§将1V信号施加于正输入端§反馈信号直接从输出端送至负输入端§输出将变为1V(-1μV)§输入差值将是1μV同相模式的运算放大器级OPAMPG=V/VOUTIN=1+(R/R)FGRFVVINOUTRG反相模式的运算放大器级SUMMINGPOINTRRGFG=V/VOUTIN=-R/RFGVINOPAMPVOUT运算放大器减

6、法器或差动放大器这种配置中,两个输入引脚都有信号驱动R1R2V1_VOUTR21+R1CMR=20log10+KrR1'R2'REFV2WhereKr=TotalFractional其中,Kr=R1/R2与MismatchofR1/R2TOR1’/R2’的总小数不匹配R2R1'/R2'V=(V–V)OUT21R1R2R2'=C对R高ITCICMARL至F关OR重H要IGHCMRR1R1'对EX源TR阻E抗M不EL平Y衡S极EN端S敏ITI感VETOSOURCEIMPEDANCEIMBALANCE00..

7、11%%总TO不T匹AL配M≈ISM66AdTBCCHMYRIE(LRD1S=R26时6d)BCMRFORR1=R2高共模电流检测使用AD629差动放大器VCM=270VforVS=15V单极点运算放大器有源滤波器--++(A)(B)LOWPASSHIGHPASS运算放大器的主要性能特性►带宽和压摆率§运算放大器的速度§带宽为运算放大器的最高工作频率§压摆率为输出的最大变化率§取决于所需信号频率和增益►失调电压和电流§运算放大器的误差§决定测量精度►噪声§运算放大器噪声限制了在保真度良好的情况下可

8、以放大的最小信号开环增益(波特图)OPENOPENLOOPLOOPGAIN6dB/OCTAVEGAIN6dB/OCTAVEdBdB12dB/OCTAVE增益带宽积GAINdBOPENLOOPGAIN,A(s)IFGAINBANDWIDTHPRODUCT=XTHENY·f=XCLXf=CLYNOISEGAIN=YWHEREfCL=CLOSED-LOOPR2BANDWIDTHY=1+R1fLOGfCL噪声增益IN+++ABCR1-R1-R1-I

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