《運(yùn)放原理介紹》課件

運(yùn)放原理介紹什么是運(yùn)算放大器(Op-Amp)高增益運(yùn)算放大器是一種具有高增益的電子器件，通常能夠放大微弱的信號(hào)?？捎糜诟鞣N電路運(yùn)算放大器可以用于構(gòu)建各種電路，例如放大器、濾波器、比較器等。集成電路運(yùn)算放大器通常以集成電路的形式實(shí)現(xiàn)，具有體積小、價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)。運(yùn)放的特點(diǎn)和分類高增益運(yùn)放具有極高的電壓增益，通常在10^5到10^8之間，能夠放大微小的信號(hào)。高輸入阻抗運(yùn)放的輸入阻抗非常高，幾乎不從信號(hào)源抽取電流，因此不會(huì)影響信號(hào)源的輸出。低輸出阻抗運(yùn)放的輸出阻抗很低，能夠驅(qū)動(dòng)各種負(fù)載，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的有效傳遞。理想運(yùn)放的特性1無(wú)限大的開環(huán)增益即使輸入信號(hào)很小，也能放大到一個(gè)非常大的輸出信號(hào)。2無(wú)限大的輸入阻抗理想運(yùn)放的輸入阻抗無(wú)限大，意味著它不會(huì)從輸入信號(hào)源中汲取電流。3零輸出阻抗理想運(yùn)放的輸出阻抗為零，意味著它可以向任何負(fù)載提供足夠的電流，而不會(huì)影響輸出電壓。4無(wú)限帶寬理想運(yùn)放可以放大任何頻率的信號(hào)，而不會(huì)產(chǎn)生信號(hào)失真。實(shí)際運(yùn)放的特性和應(yīng)用限制有限增益實(shí)際運(yùn)放的增益并非無(wú)限大，存在有限增益帶寬積，影響高頻性能。輸入偏置電流實(shí)際運(yùn)放的輸入端存在微小的偏置電流，可能會(huì)影響電路精度。輸入偏置電壓實(shí)際運(yùn)放的輸入端存在微小的偏置電壓，可能會(huì)影響電路精度。輸出電流限制實(shí)際運(yùn)放的輸出電流存在限制，無(wú)法驅(qū)動(dòng)高負(fù)載。常見(jiàn)運(yùn)放電路拓?fù)浞聪喾糯笃鬏斎胄盘?hào)經(jīng)由反相輸入端進(jìn)入電路,輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相位相反非反相放大器輸入信號(hào)經(jīng)由非反相輸入端進(jìn)入電路,輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相位相同電壓跟隨器輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相等,具有高輸入阻抗和低輸出阻抗反相放大電路輸入信號(hào)輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)電阻連接到運(yùn)放的負(fù)輸入端。反饋網(wǎng)絡(luò)運(yùn)放的輸出端通過(guò)另一個(gè)電阻連接到負(fù)輸入端，形成反饋回路。放大倍數(shù)放大倍數(shù)由兩個(gè)電阻的比例決定。輸出信號(hào)放大后的輸出信號(hào)出現(xiàn)在運(yùn)放的輸出端。非反相放大電路1輸入信號(hào)直接連接到運(yùn)放的非反相輸入端輸入信號(hào)直接作用于運(yùn)放的非反相輸入端，而反饋信號(hào)則連接到運(yùn)放的同相輸入端。2反饋信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)反饋電阻連接到運(yùn)放的同相輸入端反饋信號(hào)經(jīng)過(guò)反饋電阻，以負(fù)反饋的形式調(diào)節(jié)運(yùn)放的輸出電壓，從而實(shí)現(xiàn)放大功能。3輸出電壓為輸入電壓的放大倍數(shù)非反相放大電路的放大倍數(shù)由反饋電阻和輸入電阻的比值決定。電壓跟隨器電路1高輸入阻抗防止負(fù)載對(duì)輸入信號(hào)的影響2低輸出阻抗保證輸出信號(hào)的穩(wěn)定性3單位增益輸出電壓等于輸入電壓電壓比較器電路1比較電壓比較器根據(jù)兩個(gè)輸入電壓的大小關(guān)系，輸出高低電平。2閾值電壓設(shè)定一個(gè)參考電壓，比較器根據(jù)輸入電壓與參考電壓的大小關(guān)系輸出。3應(yīng)用場(chǎng)景廣泛應(yīng)用于信號(hào)檢測(cè)、電壓控制、溫度控制等領(lǐng)域。串聯(lián)運(yùn)放電路1增益提升級(jí)聯(lián)多個(gè)運(yùn)放可實(shí)現(xiàn)更高增益2帶寬擴(kuò)展組合不同頻率特性運(yùn)放擴(kuò)展帶寬3阻抗匹配不同級(jí)運(yùn)放間阻抗匹配更佳性能并聯(lián)運(yùn)放電路1帶寬擴(kuò)展通過(guò)將多個(gè)運(yùn)放并聯(lián)，可以擴(kuò)展電路的帶寬，提高頻率響應(yīng)性能。2輸出電流提升并聯(lián)運(yùn)放可以提高電路的輸出電流能力，適用于需要大電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載的應(yīng)用場(chǎng)景。3噪聲抑制通過(guò)并聯(lián)多個(gè)運(yùn)放，可以降低噪聲的影響，提高信號(hào)的信噪比。運(yùn)放的單極電源供電單極供電許多運(yùn)放能夠使用單極電源工作，這意味著它們僅需要一個(gè)正電壓或一個(gè)負(fù)電壓。參考電壓在這種情況下，運(yùn)放的輸出電壓以電源電壓的一半為基準(zhǔn)，通常為地電位。優(yōu)勢(shì)單極供電簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，減少了電源需求。運(yùn)放的雙極電源供電雙極電源運(yùn)放通常采用雙極電源供電，正負(fù)電源電壓相等，提供對(duì)稱的供電電壓。電路圖在電路圖中，正電源連接到運(yùn)放的正電源引腳，負(fù)電源連接到運(yùn)放的負(fù)電源引腳。接地雙極電源供電的運(yùn)放通常將負(fù)電源接地，作為參考電壓。運(yùn)放的差模輸入和共模輸入1差模輸入兩個(gè)輸入端電壓的**差值**稱為差模輸入電壓。2共模輸入兩個(gè)輸入端電壓的**平均值**稱為共模輸入電壓。運(yùn)放的共模抑制比(CMRR)定義:共模抑制比(CMRR)表示運(yùn)放對(duì)差模信號(hào)的放大倍數(shù)與對(duì)共模信號(hào)的放大倍數(shù)之比。意義:CMRR值越高，表明運(yùn)放對(duì)共模信號(hào)的抑制能力越強(qiáng)，對(duì)差模信號(hào)的放大能力越強(qiáng)。單位:dB(分貝)影響:CMRR影響運(yùn)放的精度和穩(wěn)定性。運(yùn)放的輸入偏置電流10nA典型值100pA低偏置電流輸入偏置電流是指運(yùn)放輸入端流入或流出芯片的電流。它會(huì)影響運(yùn)放的輸出電壓，尤其是當(dāng)輸入信號(hào)很小時(shí)。運(yùn)放的輸入偏置電壓輸入偏置電壓是指在理想情況下運(yùn)放兩個(gè)輸入端電壓應(yīng)該相等，但實(shí)際上由于器件的不完美，兩個(gè)輸入端之間會(huì)存在一個(gè)微小的電壓差，這就是輸入偏置電壓。運(yùn)放的輸出飽和電壓定義運(yùn)放輸出電壓能夠達(dá)到的最大值，超過(guò)此值，輸出電壓將不再線性增加。影響因素電源電壓、負(fù)載電流、溫度等因素。應(yīng)用確定運(yùn)放輸出電壓的范圍，避免輸出過(guò)載或損壞。運(yùn)放的過(guò)載保護(hù)防止過(guò)載，保護(hù)運(yùn)放超出線性范圍，信號(hào)失真限制輸出電流，防止損壞運(yùn)放的頻率特性帶寬運(yùn)放的帶寬是指能正常放大信號(hào)的頻率范圍。帶寬越寬，運(yùn)放的頻率響應(yīng)越好，能夠處理更高頻率的信號(hào)。截止頻率截止頻率是指運(yùn)放的增益下降到1/√2倍（約為0.707倍）時(shí)的頻率。超過(guò)截止頻率，運(yùn)放的增益會(huì)逐漸下降。相位偏移隨著頻率的升高，運(yùn)放的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間會(huì)產(chǎn)生相位偏移。相位偏移會(huì)影響信號(hào)的形狀和穩(wěn)定性。運(yùn)放的頻率補(bǔ)償穩(wěn)定性頻率補(bǔ)償是確保運(yùn)放穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵步驟，防止振蕩或信號(hào)失真。頻率響應(yīng)通過(guò)引入補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，可以改善運(yùn)放的頻率響應(yīng)，擴(kuò)展其工作帶寬。閉環(huán)增益頻率補(bǔ)償可以控制閉環(huán)增益，使其在特定頻率范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。運(yùn)放的噪聲特性噪聲來(lái)源主要來(lái)源于內(nèi)部器件和外部干擾。噪聲類型包括熱噪聲、散粒噪聲、閃爍噪聲等。噪聲指標(biāo)通常用噪聲電壓密度、噪聲電流密度來(lái)衡量。運(yùn)放的熱特性溫度影響溫度變化會(huì)影響運(yùn)放的性能，如增益、偏移電壓和噪聲。熱漂移溫度升高會(huì)導(dǎo)致運(yùn)放參數(shù)發(fā)生漂移，影響電路穩(wěn)定性。熱穩(wěn)定性運(yùn)放的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮熱穩(wěn)定性，確保在工作溫度范圍內(nèi)性能穩(wěn)定。運(yùn)放的可靠性工作溫度范圍運(yùn)放能夠在極端溫度條件下穩(wěn)定工作，確保可靠性?？垢蓴_能力運(yùn)放能夠抵御電磁干擾和機(jī)械振動(dòng)，保持信號(hào)完整性。壽命周期運(yùn)放的設(shè)計(jì)保證了其長(zhǎng)期可靠性，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。運(yùn)放的應(yīng)用實(shí)例音頻放大運(yùn)放可用于音頻放大電路，例如耳機(jī)放大器和揚(yáng)聲器放大器。濾波器運(yùn)放可以構(gòu)建各種類型的濾波器，例如低通濾波器、高通濾波器和帶通濾波器。控制系統(tǒng)運(yùn)放可以用于控制系統(tǒng)，例如溫度控制系統(tǒng)、電機(jī)控制系統(tǒng)和機(jī)器人控制系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集運(yùn)放可以用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，例如電壓測(cè)量、電流測(cè)量和溫度測(cè)量。運(yùn)放的選型原則1應(yīng)用場(chǎng)景考慮運(yùn)放的應(yīng)用場(chǎng)景，例如放大信號(hào)、濾波、比較等，選擇合適的運(yùn)放類型。2性能指標(biāo)根據(jù)應(yīng)用需求，選擇合適的帶寬、增益、輸入阻抗、輸出阻抗、噪聲特性、電源電壓等指標(biāo)。3封裝和尺寸考慮電路板的空間限制，選擇合適的封裝形式和尺寸。4價(jià)格和供貨平衡性能和成本，選擇價(jià)格合理且供貨穩(wěn)定的運(yùn)放型號(hào)。運(yùn)放電路設(shè)計(jì)實(shí)踐確定應(yīng)用場(chǎng)景根據(jù)具體應(yīng)用需求選擇合適的運(yùn)放類型和參數(shù)。選擇合適的電路拓?fù)涓鶕?jù)需求選擇反相放大、非反相放大、電壓跟隨器、比較器等電路拓?fù)?。進(jìn)行電路仿真利用仿真軟件驗(yàn)證電路性能，優(yōu)化參數(shù)和元件選擇。制作電路原型根據(jù)設(shè)計(jì)方案搭建實(shí)際電路，進(jìn)行測(cè)試和調(diào)試。實(shí)驗(yàn)演示和測(cè)試1驗(yàn)證電路實(shí)驗(yàn)證實(shí)設(shè)計(jì)是否符合預(yù)期2性能測(cè)試測(cè)量關(guān)鍵指標(biāo)，如增益，帶寬，失真3穩(wěn)定性測(cè)試評(píng)估電路在不同條件下的可靠性應(yīng)用案例分享汽車電子運(yùn)放廣泛應(yīng)用于汽車電子系統(tǒng)，例如發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、ABS系統(tǒng)、安全氣囊系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大、濾波、比較等功能。醫(yī)療設(shè)