運(yùn)放使用經(jīng)典教程

1、Presentation title hereSubhead herePresenters Name1Note: Use this PowerPoint template if your presentation does not contain classified information.Slide title goes here First bullet here Second bullet here Sub-bullet here Third bullet here Sub-bullet here Sub-bullet here Sub-bullet here Fourth bulle

2、t here2電源電源監(jiān)視顯示存儲電源分配數(shù)據(jù)傳輸傳感器信號調(diào)理信號調(diào)理DSP/C模擬輸出/激勵A(yù)DCDAC信號調(diào)理信號調(diào)理運(yùn)算放大器在電子系統(tǒng)中的位置運(yùn)算放大器在電子系統(tǒng)中的位置運(yùn)放運(yùn)放+外部分立元件外部分立元件 =放大器 : 改變信號的幅度緩沖器: 隔離輸入和輸出，阻抗匹配（高輸入阻抗，低輸出阻抗）濾波器: 濾除不想要的頻率分量：噪聲和干擾各種運(yùn)算功能: 積分，微分，乘法，對數(shù)，等等VCC+_ZINZFB運(yùn)放的功能運(yùn)放的功能運(yùn)放應(yīng)該關(guān)注哪些指標(biāo)運(yùn)放應(yīng)該關(guān)注哪些指標(biāo)5了解運(yùn)放的對外接口 - 正負(fù)端輸入 - 供電管腳 - 輸出管腳輸入端口相關(guān)的指標(biāo) - 輸入阻抗 - 帶寬 BW - 偏移電壓

3、offset voltage - 偏置電流 bias current - 輸入電壓范圍 - 噪聲特性輸出端口相關(guān)的指標(biāo) - 輸出的驅(qū)動能力 - 輸出電壓范圍 - 壓擺率 slew rate供電相關(guān)指標(biāo) - 供電電壓范圍 - 靜態(tài)電流附加的功能管腳輸入端口相關(guān)的指標(biāo)輸入端口相關(guān)的指標(biāo) - 輸入阻抗輸入阻抗 手冊中的截圖，關(guān)鍵字（impedance, resistance） 選擇運(yùn)放輸入阻抗時(shí)要考慮到被放大對象（信源）的內(nèi)阻。運(yùn)放的輸入阻抗要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信源內(nèi)阻。例如信源內(nèi)阻為10K歐姆，則需要選擇100K以上的輸入阻抗才能達(dá)到90%的精度，要達(dá)到99%的精度則要選擇1M以上的輸入阻抗。 兩個(gè)不同輸入

4、阻抗的運(yùn)放對比 OPA211 雙極型輸入 OPA140 FET輸入6輸入端口相關(guān)的指標(biāo)輸入端口相關(guān)的指標(biāo) 帶寬帶寬 手冊中的截圖，關(guān)鍵字（frequency response, GBW, bandwidth） 對于寬帶的運(yùn)放，由于類型不同如VFB和CFB的，還會給出不同增益下的帶寬，用于說明帶寬隨增益變化的規(guī)律。 OPA691 電流反饋型(CFB) OPA830 電壓反饋型(VFB)7輸入端口相關(guān)的指標(biāo)輸入端口相關(guān)的指標(biāo) 帶寬帶寬GBP (Gain Bandwidth Product) VFB 類型的運(yùn)放受增益帶寬積的限制 Gain * Bandwidth = GBP 例如 a) 帶寬為1MH

5、z GBP的運(yùn)放 b) 在100被增益情況下只有10KHz帶寬 注意：在電流反饋運(yùn)放（CFB）中不受增益帶寬積限制。輸入端口相關(guān)的指標(biāo)輸入端口相關(guān)的指標(biāo) 偏移電壓偏移電壓 手冊中的截圖，關(guān)鍵字（offset voltage） 偏移電壓（失調(diào)電壓）指標(biāo)在高倍放大的精密電路中最為重要。偏移電壓被放大后直接影響電路檢測微弱信號的精度。偏移電壓因同相端和反相端失配而產(chǎn)生的輸入級固有電壓差，越小越好。 雖然失調(diào)電壓可以調(diào)節(jié)，但是如果是批量生產(chǎn)將極大的降低效率，并且還要注意失調(diào)電壓隨溫度的變化，精密運(yùn)放的這個(gè)變化是很小的。 例如OPA333的失調(diào)電壓極小超低功耗超低功耗: 25A (max)低失調(diào)低失調(diào):

6、 10V (max)低溫漂低溫漂: 0.05V/C (max)低噪聲低噪聲: 1.1 VP-P帶寬帶寬: 350kHzRail-to-Rail 輸入和輸出輸入和輸出1.8V to 5.5V 供電供電9輸入端口相關(guān)的指標(biāo)輸入端口相關(guān)的指標(biāo) 偏置電流偏置電流 手冊中的截圖，關(guān)鍵字（bias current） 偏置電流在對高阻信源放大時(shí)非常重要。因?yàn)槠秒娏鞒艘愿咦杩梢援a(chǎn)生很大的誤差電壓。例如20uA的偏置電流，在100K電阻上產(chǎn)生的電壓為2V，放大倍數(shù)稍大就可以使運(yùn)放飽和。 OPA691的偏置電流，雙極型輸入高速放大器 OPA656的偏置電流，F(xiàn)ET輸入高速放大器10輸入端口相關(guān)的指標(biāo)輸入端口相關(guān)

7、的指標(biāo) 偏置電流影響仿真偏置電流影響仿真 OPA691的偏置電流在uA級別，雙極型輸入 OPA656的偏置電流在nA級別，F(xiàn)ET輸入11輸入端口相關(guān)的指標(biāo)輸入端口相關(guān)的指標(biāo) 輸入電壓范圍輸入電壓范圍 手冊中的截圖，關(guān)鍵字（input voltage, range, ） 輸入電壓范圍在將運(yùn)放用于單電源供電時(shí)要特別注意。因?yàn)椋?1、單電源的VCC和GND之間的電壓差較小，輸入不是軌到軌的話將限制輸入電壓的范圍。 2、信源用GND作為參考，當(dāng)輸入小信號或者信號中直流分量小的時(shí)候，就相當(dāng)于輸入逼近GND電源軌，如果不滿足輸入調(diào)件將不能正常工作 OPA365軌到軌運(yùn)放的輸入電壓范圍 OPA335的輸入電

8、壓范圍能達(dá)到負(fù)電源軌，達(dá)不到正電源軌。12輸入端口相關(guān)的指標(biāo)輸入端口相關(guān)的指標(biāo) 輸入電壓范圍輸入電壓范圍軌到軌輸入和輸出運(yùn)放：如OPA365，輸入和輸出擺幅都能非常接近供電電源軌. 但也不能完全達(dá)到。軌到軌輸出運(yùn)放：如OPA335，輸出擺幅可以非常接近供電電源軌. 但不能完全達(dá)到。輸入在高電平處需要1.5V的凈空。非軌到軌運(yùn)放：如uA741, LM324, OP27等，輸入和輸出在高電平和低電平處都需要一定的凈空才能保證不發(fā)生削頂/底Input SignalRangeOPA365: Vdd+ = 5V, Vdd- = GND 5VGNDVoltageOutput SignalRangeInpu

9、t SignalRangeOPA335: Vdd+ = 5V, Vdd- = GND 5VGNDVoltageOutput SignalRangeInput SignalRangeuA741VoltageOutput SignalRange3.5VVdd+Vdd-輸入端口相關(guān)的指標(biāo)輸入端口相關(guān)的指標(biāo) 非軌到軌輸入運(yùn)放仿真非軌到軌輸入運(yùn)放仿真 對于輸入電壓范圍正負(fù)電源軌都達(dá)不到的運(yùn)放，不適合在單電源中應(yīng)用。 對于輸入電壓范圍能達(dá)到負(fù)電源軌，達(dá)不到正電源軌的運(yùn)放，調(diào)節(jié)直流偏置即可應(yīng)用在單電源中。14-+32674U1 OPA227V2 5R1 1kR2 1kVF1 +VG1V4 5R5 1kR6

10、1kVF3 V5 1.25+VG3-+32674U3 OPA350V1 1.25輸入端口相關(guān)的指標(biāo)輸入端口相關(guān)的指標(biāo) 噪聲特性噪聲特性 手冊中的截圖，關(guān)鍵字（noise，noise density） 噪聲的單位是一個(gè)電壓密度，在頻率上積分后得到電壓，再經(jīng)過平方除以電阻就可以得到功率 OPA337的噪聲特性 OPA335的噪聲特性 可以看出對與低頻小信號OPA335的噪聲性能更好15輸出端口相關(guān)的指標(biāo)輸出端口相關(guān)的指標(biāo) 輸出的驅(qū)動能力輸出的驅(qū)動能力 手冊中的截圖，關(guān)鍵字（current，output) 輸出驅(qū)動能力是表示運(yùn)放帶負(fù)載的能力，作為最后一級時(shí)常常要考慮其驅(qū)動能力。 BUF634的驅(qū)動帶

11、寬30M或180M，注意手冊中的continuous, 表示可以承受均值電流250mA。 THS3092也是一款常用的驅(qū)動級運(yùn)放。16輸出端口相關(guān)的指標(biāo)輸出端口相關(guān)的指標(biāo) 輸出電壓范圍輸出電壓范圍 手冊中的截圖，關(guān)鍵字（output swing） 在單電源供電的場合更需要注意，因?yàn)閱坞娫垂╇婋妷旱停⑶倚⌒盘栞敵鰰r(shí)接近GND電源軌。在單電源供電中選擇軌到軌（rail to rail）更方便使用。 軌到軌運(yùn)放OPA354 非軌到軌運(yùn)放LM32417輸出端口相關(guān)的指標(biāo)輸出端口相關(guān)的指標(biāo) 輸出電壓范圍輸出電壓范圍在最大輸出幅度和供電電源軌間必須有一定的裕量或凈空，保證輸出不被削頂/底。對輸入也是一樣

12、。根據(jù)運(yùn)放輸出結(jié)構(gòu)不同，這個(gè)裕量從數(shù)mV到數(shù)V不等。輸出端口相關(guān)的指標(biāo)輸出端口相關(guān)的指標(biāo) 輸出電壓范圍仿真輸出電壓范圍仿真19V5V5V5+-+U2 OPA364V1 5R1 1kR2 1kR3 1kR4 1k+VG1VF1 VF2 -+321411U1 LM324運(yùn)放不是軌到軌在單電源低壓供電下會使輸出范圍過小。這樣放大較大信號時(shí)就會消峰。TINA-TI仿真結(jié)果如下：輸出端口相關(guān)的指標(biāo)輸出端口相關(guān)的指標(biāo) 壓擺率壓擺率 slew rate 手冊中截圖，關(guān)鍵字（slew rate） 壓擺率是運(yùn)放輸出信號的最大斜率，表示運(yùn)放輸出大幅度信號的能力。結(jié)合GBW可以計(jì)算出運(yùn)放在輸出最高頻率信號時(shí)幅度的最

13、大值。 信號S(t)=A*sin(2*f*t)，信號斜率的最大值為 A*2*f = slew rate。可以看到slew rate壓擺率不變時(shí)，A越大，f就越小。需要A和f都大的應(yīng)用場合，就需要選擇壓擺率大的運(yùn)放。（注意手冊中給出的負(fù)載情況） 驅(qū)動級運(yùn)放和高速運(yùn)放的壓擺率都很大，例如BUF634和THS3092 THS3092的壓擺率，例如輸出50MHz正弦信號時(shí)可以達(dá)到12V。 BUF634的壓擺率，例如輸出50MHz正弦信號時(shí)可以達(dá)到6V.20輸出端口相關(guān)的指標(biāo)輸出端口相關(guān)的指標(biāo) 壓擺率壓擺率 slew rate 壓擺率限制了輸出大信號的帶寬輸出端口相關(guān)的指標(biāo)輸出端口相關(guān)的指標(biāo) 壓擺率壓擺率 slew rate緩沖一個(gè)10HMz的正弦信號，500mVpp = SR needs 30V/uS 5Vpp = SR needs 300V/uSGBW = 280MHzSR = 240V/uS22ppppSlewRateBandwidthVSlewRateVBandWidth500mVpp5Vpp供電相關(guān)的指標(biāo)供電相關(guān)的指標(biāo)