1. 運放電路設計步驟
偏置電流如何補償
對於我們常用的反相運算放大器,其典型電路如下:
在這種情況下,R3為平衡電阻,這樣,在可以很好的保證運放的電流補償,使正負端偏置電流相等。若這些運算放大器知識你注意到了時,甚至取值更大時,會產生更大的雜訊和飄溢。但是,應大於輸入信號源的內阻。
善於思考的工程師都會想到,當為同相放大器的時候,其原理又是什麼呢?現在我們先回顧下同相運放的設計電路:
當計算出的Rp為負值時,需要將該電阻移動到正相端,與R1串聯在輸入端。
這里額外多插入一句,同相比例運放具有高輸入阻抗,低輸出阻抗的特性,廣泛應用在前置運放電路中。
調零電路的問題
今天運放已經發展的很迅速,附註功能各式各樣,例如有些運放已經具有了調零的外接埠,此時依據數據手冊進合適的電阻選擇就可以完成運放調零。例如LF356運放,其典型電路如下:
另外一些低成本的運放或許不帶這些自動調節功能,那麼作為設計師的我們也不為難,通過簡單的加法電路、減法電路等可以完成固定的調零(雖然有時這種做法有隔靴撓癢的作用)。
當要進行通常在補償電路中增加一個三極體電路,利用PN結的溫度特性,完成運放的溫度補償。例如在LF355典型電路中將三極體電路嵌入在V+和25K反饋電阻之間
2. 運放電路分析
我將會用大約十篇文章把運放的最基本的知識介紹清楚,這是第一篇。
運放這個詞既熟悉又陌生,既簡單有不簡單,說它熟悉,是因為它的應用非常廣泛,經常聽說它,說它陌生,是因為運放內部的電路結構非常復雜,很難搞清楚。說它簡單,因為在設計運放電路時,可以避免晶體管電路的復雜參數計算,說它不簡單,因為很多時候運放並不理想,若按理想運放來設計電路,會導致結果錯誤。
1、什麼是運放
運放是運算放大器的簡稱。可以實現各種模擬電量的數學運算。但它不是用來做計算器上的加減乘除運算,而是在模擬信號處理過程中,可能需要將信號進行放大、加減乘除、積分、微分等操作。
①、運放的電路符號是:
pin 2、3為信號輸入、pin 4、7為電源輸入、pin 6為信號輸出。
②、輸入輸出關系:Uo = A * (Up-Un)
A為運放的放大倍數,這個數值非常非常大,近似為無窮大,Up與Un幾乎相等。Uo,Up,Un為正常的數值。這個表達式初看太奇怪了,但是它確實那麼的有用,大大簡化了電路的設計,後面會慢慢解釋。
③、最重要的性質:「虛短」和「虛斷」
虛短:因為上面表達式中Up與Un幾乎相等,所以pin 2、3近似短路,但不是真的短路,所以叫虛短。
虛斷:pin 2、3的輸入阻抗非常大,至少在1Mohm。所以可以認為Pin2、3上的輸入電流為零,所以叫虛斷。
2、反相比例運放電路
只要記住Uo = A * (Up-Un)和「虛短」、「虛斷」,理想運放的電路都能看懂。這里先不要糾結為什麼會是這樣,有機會後面會介紹。這里先介紹一個最簡單的運放電路:反相比例放大電路。
①、根據虛斷原理,運放輸入端的兩個管腳輸入電流為零,所以不管R4阻值是多少,都有Up=0;
②、根據虛短原理,Un=Up,所以Un也等於零。
③、根據基爾霍夫定理就可以求出:Uo=-Rf/R1 * Ui
④、理論上,R2和RL的阻值不會影響放大倍數,但是實際的運放需要設計R2=R1 || Rf,因為這樣一來,運放的同相端和反相端往外看的阻抗才一樣大。
⑤、從模擬結果可以看出反向比例放大器的輸出與輸入波形ui是精確的5倍的關系。
3、總結
理想運放如此簡單,我們根本不需要了解運放裡面的東西,不需要像三極體那樣考慮它到底工作在哪個區,不需要考慮密勒效應,輸入輸出阻抗等等,只需要用電阻分壓的方法就能得到想要的精確的放大倍數。用起來簡單,性能又好,這是運放廣泛應用的重要原因。
反相比例運放是我們認識運放的第一個例子。也是最簡單,最基礎的應用,後面會慢慢介紹其他的電路,以及實際運放的應用。
3. 集成運算放大器由哪些基本電路構成
集成運算放大器的電路構成:
集成運算放大器是一個高增益直接耦合放大電路,它的方框圖如圖1所示。
圖1 運算放大器方框圖
(1)輸入級 使用高性能的差分放大電路,必須對共模信號有很強的抑制力,採用雙端輸入、雙端輸出的形式。
(2)中間放大級 提供高開環放大倍數,以保證運放的運算精度。一般由共發射極組成多級耦合放大電路。
(3)輸出級 由PNP和NPN兩種極性的三極體或復合管組成,提供大的輸出電壓或電流。
(4)偏置電流源 提供穩定的偏置電流,以穩定工作點。一般由各種恆流源電路組成。
4. 運放的相關知識
15V的話,輸出電流在帶載能力上相對穩定些。前提是輸入電流和電壓都在晶元要求的范圍內。
5. 運放電路分析
工作原理:D1、D2為限幅管先不作考慮,假如電路有雜訊「+」信號時經R1、R2分壓後給運放3+端,而2「-」端由於電容C的存在,電壓不能馬上上升,所以3、2輸入差模放大,6端輸出不斷增大,當到達限定幅度時(沒有限幅就達電源電壓),電容電壓上升到2、3相等,輸出為0,輸出6的電壓被R1、R2拉低,而電容放電不會馬上降低電壓,所以,2、3端出現反向壓差,輸出6向"-"方向變化,過程與上面相似,只是方向相反。如此循環,振盪就產生了。
6. 運放電路的工作原理
運放電路的工作原理是把被控制的非電量(如溫度、轉速、壓力、流量、照度等)用感測器轉換為電信號,再與給定量比較,得到一個微弱的偏差信號。因為這個微弱的偏差信號的幅度和功率均不足以推動顯示或者執行機構,所以需要把這個偏差信號放大到需要的程度,再去推動執行機構或送到儀表中去顯示。
在感測器類型和(或)其使用環境帶來許多特別要求時,例如超低功耗、低雜訊、零漂移、軌到軌輸入及輸出、可靠的熱穩定性和對數以千計讀數和(或)在惡劣工作條件下提供一致性能的可再現性,運算放大器的選擇就會變得特別困難。
在基於感測器的復雜應用中,設計者需要進行多方面考慮,以便獲得規格與性能最佳組合的精密運算放大器,同時還需要考慮成本。具體而言,斬波穩定型運算放大器(零漂移放大器)非常適用於要求超低失調電壓以及零漂移的應用。斬波運算放大器通過持續運行在晶元上實現的校準機制來達到高DC精度。
(6)運放電路入門知識大全擴展閱讀
在沒有特殊要求的場合,盡量選用通用型集成運放,這樣既可降低成本,又容易保證貨源。當一個系統中使用多個運放時,盡可能選用多運放集成電路,例如LM324、LF347等都是將四個運放封裝在一起的集成電路。
評價集成運放性能的優劣,應看其綜合性能。一般用優值系數K來衡量集成運放的優良程度,其定義為:式中,SR為轉換率,單位為V/ms,其值越大,表明運放的交流特性越好;Iib為運放的輸入偏置電流,單位是nA;VOS為輸入失調電壓,單位是mV。Iib和VOS值越小,表明運放的直流特性越好。
所以,對於放大音頻、視頻等交流信號的電路,選SR(轉換速率)大的運放比較合適;對於處理微弱的直流信號的電路,選用精度比較的高的運放比較合適(既失調電流、失調電壓及溫飄均比較小)。
實際選擇集成運放時,除優值系數要考慮之外,還應考慮其他因素。例如信號源的性質,是電壓源還是電流源;負載的性質,集成運放輸出電壓和電流的是否滿足要求;環境條件,集成運放允許工作范圍、工作電壓范圍、功耗與體積等因素是否滿足要求。