第3章 模擬電路設計

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第3章模擬電路設計

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第3章模擬電路設計

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3.1運算放大器的基本特性3.1.1運算放大器的基本特性

開環(huán)增益徑直影響運算精度和很多特性指標，Ao愈大愈好。抱負運算放大器Ao為無窮大。

輸入偏置電路IIB，表示了運放輸入端正常工作時需提供的偏置電流，它的大小間接反映了運放芯片的輸入電阻。IIB愈小，輸入電阻愈大，芯片的溫漂和運算精度愈高。抱負運放。

輸入失調(diào)電壓VIO反映了運放芯片本身輸入級差分對管的對稱程度，所以當VI=0時，VO≠0。為了

使，等效在輸入端施加的補償電壓〔失調(diào)補償調(diào)零電位器不起作用時〕即為VIO。愈小愈好，抱負運放VIO=0。

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運算放大器的基本特性

差模輸入電阻rid指的是輸入端加入差模信號時，運放芯片的輸入呈現(xiàn)的電阻。rid愈大，意味著從信號源〔或前級電路〕提取的電能愈小，對信號源影響愈小。也就是rid對信號源而言，就相當于它的負載。抱負運放的rid為無窮大。

抱負運放輸出電阻ro。抱負閉環(huán)電路ro=0，ro表征器件對負載的驅(qū)動技能。

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運算放大器的基本特性

帶寬BW，又稱單位增益帶寬或增益帶寬積。指的是當運放的閉環(huán)增益為1〔即0dB〕時的帶寬。一般增益與帶寬的乘積為一常數(shù)，故閉環(huán)增益愈高，實際運放電路的帶寬愈小。運放的BW主要由芯片內(nèi)部的器件與電路決斷。抱負運放的BW為無窮大。

轉(zhuǎn)換速率SR亦稱“壓擺率”，反映了運放對輸入信號的響應速度，即輸出信號對時間改變的斜率.

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運算放大器的基本特性

2．運算放大器的一個重

要特性—三“虛”

虛斷

虛地

虛短

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3.1.2幾類常用的運算放大器1.通用型運算放大器

通常型運放電特性一般，但價格低廉，典型代表有LM741、LM124/224/324〔單、雙、四運放封裝〕，其特性如表3.1.3和表3.1.2所示。其中單運放通常帶有失調(diào)補償調(diào)整端。此類運放常用于低價位電子產(chǎn)品

2.低失調(diào)、低漂移運算放大器

此類運放的電性能比通用型的要高，特別是失調(diào)電壓要小得多，其代表有OP07/OP27/OP37，它們都是單運放封裝，其特性參閱表3.1.2。此類運放常用在要求較高的電路。

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幾類常用的運算放大器

3.低輸入偏壓電流運算放大器

此類運放芯片內(nèi)部輸入為MOS管，故很小，輸入電阻很高。其代表有TL081/082/084、CA3140、AD594等。此類運放常用于高輸入阻抗級。其中AD549由于超低的常用于微弱電流測量。

4.斬波穩(wěn)零型運算放大器ICL7650

ICL7650采納大規(guī)模集成工藝，輸入級運用了MOSFET，輸入電阻達1012Ω。電路采納斬波自動穩(wěn)零及調(diào)制與解調(diào)〔200Hz〕等措施，使小至1V，溫度漂移也很小，應用時無須失調(diào)調(diào)整，非常方便。特別適用于微弱信號放大。

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幾類常用的運算放大器

5.寬帶運算放大器

這一類運放以AD8011、CF357等為代表，其

BW100MHz，在放大高頻率信號時需要運用它們。THS4001270MHz

6.增益可編程運算放大器

圖3.1.4為通過引腳可編程增益的運放PG103。通過A1、A0兩引腳的掌握電平可使運放的增遞分別為1、10、100。增益誤差在G=10時為0.05%。失調(diào)電壓的溫度系數(shù)為2V/℃。它有8腳塑料DIP和SO-8兩種封裝形式。類似的還有AD8520等。

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增益可編程運算放大器

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3.2放大器設計

3.2.1負反饋電路

圖3.2.2為基于運放的閉環(huán)負反饋電路的基本結構。它由開環(huán)增益為A0

的運放，反饋網(wǎng)絡組成。圖中箭頭代表信號流向。抱負閉環(huán)增益僅取決

于反饋系數(shù)β，與運

放芯片、電源電壓、

溫度、信號參數(shù)等因

素無關。這就是閉環(huán)

負反饋運放大電路增

益穩(wěn)定性高，能有效

改善波形失真、頻率

特性的根本緣由。

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3.2.2基本放大電路

〔1〕反相輸入放大電路

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〔2〕同相輸入放大電路

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〔3〕差分輸入放大電路

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3.2.3放大電路設計要點

1．單雙電源運算放大器的選擇

首先應依據(jù)輸入信號的極性，選擇單電源或雙電源供電的運放。只有輸入信號為單極性的正信號時才能運用單電源供電的運放。大多數(shù)運放均要求雙電源供電才能正常工作，只有少數(shù)如LM324、LM358之類的運放允許單電源供電。

2．電源去耦

運放電源去耦是很有須要的，特別在系統(tǒng)總增益很高的前級電路，更是不可或缺。

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放大電路設計要點

3．弱信號放大的相關問題

從降低噪聲，提高信噪比以利于弱信號放大的角度出發(fā)，需留意以下各點：o〔1〕選用低噪聲的運算放大器

o〔2〕采納噪聲極微的分立元件FET對管構成前置差分放大電路

o〔3〕閉環(huán)負反饋電路采納阻值較低的線繞電阻

o〔4〕利用選頻、濾波等措施降低白噪聲

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放大電路設計要點

4．寬帶放大

當信號頻率較高或被放大的是脈沖信號時，采納高BW、高SR的運放顯著是特別須要的。為獲得足夠的帶寬，閉環(huán)增益不能設計得太高，一般應10。圖

3.1.2充分說明白帶寬與閉環(huán)增益的沖突。需要留意的是信號的帶寬應明顯低于閉環(huán)帶寬。

5．放大器反饋回路電阻阻值的選擇

從減小熱噪聲的角度，反饋回路電阻的阻值要盡量小一些。但阻值過小會使反相輸入放大電路的輸入電阻降低。通常以千歐數(shù)量級采納較多。

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放大電路設計要點

6．運算放大器的愛護措施

圖3.2.10運放的愛護電路

圖3.2.11運放輸出電壓限幅電路

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放大電路設計要點

7．失調(diào)電壓的補

償

由于失調(diào)電壓的存

在，使運放的零點不

為零。LM741之類運放

本身帶有補償端，可

按圖3.1.1〔b〕外接

電位器W調(diào)整之。對于

無調(diào)零端的運放可以

采納圖3.2.12電路來

進行失調(diào)補償。圖3.2.12

運放的外加調(diào)零電路

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放大電路設計要點

8．擴展輸出電流與擴展輸出電壓

9．留意運放的穩(wěn)定性

10．優(yōu)良的工藝是放大器質(zhì)量的保證

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3.2.4運算放大器的參數(shù)對放大器性能的影響工程上設計一個放大器往往是以抱負運