第二讲 运放及其典型应用

运放及其典型应用一、集成运放介绍1、集成运放分类•集成运放按功能分：•a、通用运放:如LM358,LM324，NE5532A,TL064•b、斩波放大器:OP177,AD8551•c、差分放大器：AD8137•d、仪器放大器：INA128•e、隔离放大器：AD215,ISO121•f、增益可变或可编程放大器：TL026,PGA102,PGA207•g、音频功率放大器：AD547T,LM1875T，TPA0211•h、视频放大器：AD8051，OPA3693•i、射频放大器：AD8353，THS4271•j、对数放大器：LOG101•K、特殊放大器：XTR112(热电阻传感器用）,RCV420(4-20mA接收）2、集成运放的主要技术指标：速度、精度、增益和噪声抑制能力、电源四大类a、增益带宽乘积GBW•GBW=Avd•fH•Avd为中频开环差模增益，fH为上限截止频率(-3dB)•以TL064为例，若上图中fH=10Ηz,Avd增益为100dB，即100000倍•故GBW=10×=Ηz=1MΗz，所以该运放的单位增益频率为fT=1MΗz,若此运放在应用中接成闭环增益为20dB，则此时的上限频率：fH=100kΗz如：ＮＥ５５３２Ａ，它的GBW=1０MΗz.b、摆率（转换速率SlewRate）610510•SR表示运放所允许的输出电压Vo对时间变化率的最大值。对于LM324，其SR=0.5V/µs,当输入信号频率为f=100kΗz时，其最大不失真输出电压:•通用运放的SR一般为1-10V/µs,而高速运放可达1000V/µs.•如LM324:它的SR=0.5V/µs.如把LM324接成电压跟随器，当输入电压超过0.8V时，则它的输出会出现失真。c、共模抑制比CMRR•此指标表示集成运放对共模信号的抑制能力（共模信号通常是一种干扰信号）。定义为：d、最大输入和输出电压范围•输入电压：（V-）+5to（V+）-5•输出电压：（V-）+4to（V+）-420lgAvdCMRRAvce、输入失调电压Uio•Uio=Uo/Gain•输入失调电压是加在两输入端之间，使输出为零所需要的电压。输入失调电压与外电路无关，由运放自身性能所决定。f、温漂电压：Uio/℃•单位温度变化所引起的输入失调电压。如：LM324,它的温漂为±1µV/℃。g、输入偏置电流Ib是两个输入电流之和的一半。•ΔUi=Ib+·R1-Ib-·R2,因为Ib+跟Ib-很接近，故ΔUi=（R1-R2)Ib+，•故当R1≠R2时，由于输入偏置电流的存在,而产生较大的误差电压。•如：LM324运放,Ib=20nA,若取R1=10KΩR2=9KΩ则：9362010Ui=1101010102V•Ib=(Ib++Ib-)/2•若放大器的闭环增益为100，则由偏置电流所引起的输出端误差：•ΔUo=10µV×100=1mVh、静态电流•IQ=2.5mA（OPA324）,IQ=0.024mA(OPA277)IQ=0.8mA(LM324)i、电源电压例：OPA324：±5V~±18VLM358:+3V~32J、输入阻抗和输出阻抗对于放大器输入阻抗大，则对前级影向小。输出阻抗小，意味着运放带负载能力强。K、输出电流如LM358,Io+=20mA,Io-=30mA3、典型运放介绍Ａ、通用运放Ｂ、轨至轨输出放大器运放GBWSRCMRRUio(失调)Ii（偏置）IQ(静)VccLM3241.2MHz0.5V/Μs70dB2mV45nA0.7mA32VLM3581MHz0.1V/μS80dB3mV200nA0.7mA32VTL0641MHz3.5V/μS86dB3mV0.4nA1mA±18VNE55329V/μSNE5534OP070.6MHz0.17V/μS110dB85µV2nA1mA±18VINA1281.3MHz4V/μS120dB50µV5nA0.75mA±18VPGA2041MHz0.7V/μS120dB50µV2nA5.2mA±18VICL76502MHz2.5V/μS130dB5µV0.5pA3.5mA±18V2.5mA36V10MHz100dB0.5mV200nA常用运放一览表运放主要生产商：A、、、、、二、消除放大电路零位误差的几种方法1、选用具有零位调整的运放。2、在放大器输入端加一偏置电路。3、单电源供电的放大电路，主要加一完全对称的放大电路，并且把其中一路接地。运放选用同一芯片内的运放，以便消除温飘的影响。三、仪器放大器•仪器放大器又称数据放大器：是一种高性能放大器，它一般具有高增益、高共模抑制比、高精度、高速等特点。仪器放大器常用在输入级作信号处理。1.普通运放构成的仪器放大器•A1和A2产生的输出电压22311211RRUUUUicRR33412111RRUUUUicRR•如输出级完全对称，则要求：R4//R6=R7//R5故改变R1，即改变放大器增益Ad66(123)(21)43)414RRRRRUUUURRRU0=221211UoRUUR如令R2=R3,R4=R5=R6=R7，则Ad=•设计要点:•a、A1和A2级可设计成高增益，而不致引起较大的直流失调。•b、输出级A3尽量用小电阻，以便减少直流失调（Ib引起的）•c、R4~R7阻值要尽可能相等•d、A1和A2要选同一芯片上双运放，这样可利用电路的对称性减少温漂引起的影响。2、集成运放INA128,INA129介绍•内部结构图：四、可编程增益放大器1、用数控电位器构成可编程增益放大器22(1)(12)RUURw由于U0=•故改变RW可改变放大器的增益•数控电位器X9312技术参数:Vcc=5V,Ic=1mAR=50kΩ电位器可调级数:100级,阻值存贮按键式3线控制/CS/INCU//D阻值LPulseH升LPulseL降H不变2.集成可编程增益放大器介绍（PGA204）A1A0=00,G=1A1A0=01,G=10A1A0=10,G=100A1A0=11,G=1000五、隔离放大器•在医用仪器等产品中需要对被测信号进行电气隔离，电气隔离有两种：a、用光耦隔离,用于低频b.用变压器磁隔离,用于高频1、用线性光耦隔离TIL300技术指标：BW:200KHzVF=1.25VIFmax=50mA隔离电压3500V线性度：3‰122,2,31PPFFIIKKKIIKK1=1221222222111PPFIKUUoIRKIRKRRKKR2311RUoKUR211RUR=这里K3=1，由手册给定。而IF=1nA~20mA。经实测全量程内（0~2.5V）线性度在0.2%内。设:2、专用隔离放大器（AD210）•应用电路:六、精密度整流电路一般二极管硅管压降为0.7V,锗管为0.3V,肖特基二极管压降为0.2V.并且从二极管转移特性可知，它是非线性的。•因此在实际的交直转换电路中，若直接用二极管整流将造成严重的非线性。为此用运放构成有源整流电路，实现精密线性整流。所整流的信号大小为：0.7V/Av;若取Av=1000，则能对0.7mV的信号进行线性整流是完全可能的。1、反向精密半波整流器•当Ui为正半周时，ΔU0,Uout0,故D1截止，D2导通.故:1RfUiRUo=•当Ui为负半周时，D1导通，D2截止。故：Uo=0;当D1和D2红线接法为反相负极性选择。2、同相精密半波整流器•当Ui0时，为正半周，D1截止，D2导通。Uo=•当Ui0时，为负半周，D1导通，D2截止。Uo=0此时无反馈，变成比较器，故U+≠U-如构成反馈，则U+=U-.(1)1RfUiR•信号本身和它的反相半波整流信号以1比2的比例组合在一起，故：•V0=--（R5/R4)*VI--（R5/R3)*VHW•VHW为半波整流输出•由于VI0时,VHW=--(R2/R1)VI•VI0时,VHW=0•所以:V0=AP*VIVI0V•V0=--AN*VIVI0V式中AN=R5/R4•AP=R2R5/R1R3--AN•令:AN=AP=A•故:V0=A*VIVI0•V0=--A*VIVI03、全桥整流电路OA1OA2R1=RR2=RR3=R/2R4=RR5=ARD1D2•VHWVIVOOA1OA2R1=RR2=RR3=R/2R4=RR5=ARD1D2七、电压电流转换电路VinV1V2V3IC1RLR4R3R1R2RsVoutIout_+RoRLVoutαVoutiout21131212323434334//()//()OUTSLOUTLRRVVinVRRRRRVVRRRRRRVVRRR23423141134141232114123()()()::0OUTaSSOSOUTaoutOLoSOSRRRVinVRRRRRRRRRRRRRRRRRVRViniRRRRRRRRRRRR因为大大于恒流输出条件所以实用电阻取Ｒ１＝Ｒ３，Ｒ２＝Ｒ４＋Ｒs下面证明_+VIR28KΩ301R15KΩ15V-15VVoVpVoVIVoLVTLVTHVtVTLVoLVoHVTHVIVo0八、施密特触发器112112THHTLOLRVVoRRRVVRR•当输出电压最大值为±13V时•VTH=+5V，VTL=-5V1、反相施密特触发器2、同相施密特触发器_+30115V-15VR213KΩR15KΩVIVoVNVTLVTHVoLVIVoVoHVtVTLVoLVoHVTHVIVo01212THLTLOHRVVoRRVVR同样，当输出电压最大值为±13V时•VTH=+5V，VTL=-5V