几种常用运算放大器举例.pdf
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几种常用运算放大器举例.pdf
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键入文字运算放大器分类总结报告运算放大器分类总结报告键入文字1、通用型运算放大器通用型运算放大器通用型运算放大器就是以通用为目的而设计的。
这类器件的主要特点是价格低廉、产品量通用型运算放大器就是以通用为目的而设计的。
这类器件的主要特点是价格低廉、产品量大面广大面广,其性能指标能适合于一般性使用。
例其性能指标能适合于一般性使用。
例A741(单运放)、(单运放)、LM358(双运放)、(双运放)、LM324(四运放)及以场效应管为输入级的(四运放)及以场效应管为输入级的LF356都属于此种。
它们是目前应用最为广泛的集成都属于此种。
它们是目前应用最为广泛的集成运算放大器。
运算放大器。
下面就实验室里也常用的下面就实验室里也常用的LM358来做一下介绍来做一下介绍:
LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器,适合于电源电压内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器,适合于电源电压范围很宽的单电源使用,也适用于双电源工作模式,在推荐的工作条件下,电源电流与电范围很宽的单电源使用,也适用于双电源工作模式,在推荐的工作条件下,电源电流与电源电压无关。
它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的源电压无关。
它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。
使用运算放大器的场合。
:
外观管脚图它的特点如下:
它的特点如下:
内部频率补偿内部频率补偿直流电压增益高直流电压增益高(约约100dB)单位增益频带单位增益频带宽宽(约约1MHz)电源电压范围宽:
单电源电源电压范围宽:
单电源(330V)双电源双电源(1.5一一15V)低功耗电流,适合于电池供电低功耗电流,适合于电池供电低输入偏流低输入偏流低输入失调电压和失调电流低输入失调电压和失调电流共模输入电压范围宽,包括接地共模输入电压范围宽,包括接地差模输入电压范围宽,等于电源电压范围差模输入电压范围宽,等于电源电压范围输出电压摆幅大输出电压摆幅大(0至至Vcc-1.5V)常用性能指标:
常用性能指标:
性能性能参数参数基本范围基本范围输入输入失调失调电压电压9V输入输入失调失调电压温度系数电压温度系数7uA/输入输入失调失调电流电流550nA输入输入失调失调电流温度系数电流温度系数10uA/大信号电压开环增益大信号电压开环增益25100V/mV共模抑制比共模抑制比70dB最高输出电压最高输出电压25Vcc=5V,RL=2KVcc=30V,RL=10K3.5V28V最低输出电压最低输出电压Vcc=5V,RL=10K520mV输出源电流输出源电流40mA键入文字性能图表:
性能图表:
大信号频率响应大信号频率响应大信号电压开环增益大信号电压开环增益电压跟随器对小信号脉冲的响应电压跟随器对小信号脉冲的响应常用电路:
常用电路:
(1)、正向放大器)、正向放大器根据虚短路,虚开路,易知根据虚短路,虚开路,易知:
1
(1)2RVoViR
(2)、)、高阻抗差分放高阻抗差分放大器大器键入文字电路左半部分可以看作两个同向放大器,分别对电路左半部分可以看作两个同向放大器,分别对e1,e2放大(放大(a+b+1)倍,右半部分为一个倍,右半部分为一个差分放大器差分放大器放大系数为放大系数为C,因此得到结果:
,因此得到结果:
0(21)
(1)eCeeab(3)、)、迟滞比较器迟滞比较器将输入电平与参考电平作比较,根据虚短路,虚开路有:
将输入电平与参考电平作比较,根据虚短路,虚开路有:
121()()OREFINRRVVVR,则:
112112()()inLOLREFREFinHOHREFREFRVVVVRRRVVVVRR键入文字2、高精度运算放大器高精度运算放大器所谓高精度运放是一类所谓高精度运放是一类受温度影响小,受温度影响小,即即温漂小,噪声低,灵敏度高,适合微小信温漂小,噪声低,灵敏度高,适合微小信号放大号放大用用的运算放大器。
的运算放大器。
高精度运算放大器的运用范畴很广,在产业领域中可用于量测仪器、控制系统、高精度运算放大器的运用范畴很广,在产业领域中可用于量测仪器、控制系统、HAVC(Heating,Ventilating,andAirConditioning,加热、通风、空调)、程序控制、资料撷,加热、通风、空调)、程序控制、资料撷取系统、取系统、ATE(AutomaticTestEquipment,自动测试设备)等。
在医疗领域中也有超音波、,自动测试设备)等。
在医疗领域中也有超音波、气体分析、血压计、诊断器、医疗影像系统等,此外汽车中的引擎管理、传动系统管理,气体分析、血压计、诊断器、医疗影像系统等,此外汽车中的引擎管理、传动系统管理,或实验室内的测度计等,都需要运用上高精度的运算放大器。
高精度运算放大器主要面向或实验室内的测度计等,都需要运用上高精度的运算放大器。
高精度运算放大器主要面向测试与测量仪表、汽车电测试与测量仪表、汽车电子系统及工业控制系统产品市场。
子系统及工业控制系统产品市场。
下面就下面就OP17精密精密JFET输入运算放大器做一下介绍:
输入运算放大器做一下介绍:
管脚图OP17特点特点低输入噪声低输入噪声高共模抑制比高共模抑制比(100dB)低输入偏流低输入偏流低输入失调电压和失调电流低输入失调电压和失调电流高增益带宽高增益带宽高高电压转换速率电压转换速率建立时间短建立时间短常用性能常用性能参数参数:
性能性能参数参数基本范围基本范围输入输入失调失调电压电压0.20.5mV电流电流偏置偏置15pA输入输入失调失调电流电流310pA输入电阻输入电阻1012大信号电压增益大信号电压增益240V/mV输出电压摆幅输出电压摆幅13V共模抑制比共模抑制比100dB电压转换速率电压转换速率60V/us增益带宽增益带宽30MHz闭环带宽闭环带宽11MHz建立时间建立时间(到到0.1%)0.6us输入电容输入电容3pF输入电压噪声密度输入电压噪声密度20/nVHz输入电流噪声密度输入电流噪声密度0.01/pAHz键入文字性能图表:
性能图表:
输出电压摆幅与负载关系输出电压摆幅与负载关系输入输入失调失调电流与共模电压电流与共模电压开环增益与电源电压关系开环增益与电源电压关系共模抑制比与频率关系共模抑制比与频率关系大信号传大信号传输响应输响应小信号传输相应小信号传输相应键入文字电压转换速率与温度关系电压转换速率与温度关系典型应用电路典型应用电路:
(OP17与与OP15基本是一样的)基本是一样的)此图中,此图中,DAC08E是一个是一个8位数位数-模转换器模转换器,2口和口和4口为一对反向电流输出。
口为一对反向电流输出。
由虚短路可知,运放由虚短路可知,运放2脚处的电压为脚处的电压为0V,由于是直流,可以将,由于是直流,可以将2C略去,因此略去,因此0I全部流经全部流经2R因此,有因此,有020VRI因此因此这个器件是一个将电流转换为电压的器件,其中这个器件是一个将电流转换为电压的器件,其中2C是对充放电起加速作用,由于是对充放电起加速作用,由于OP17具有高精度的特性,它引入的噪声或漂移十分小,可以完成这种高精度的转换。
具有高精度的特性,它引入的噪声或漂移十分小,可以完成这种高精度的转换。
3、高阻型运算放大器高阻型运算放大器高阻型集成运算放大器的特点是差模输入阻抗非常高高阻型集成运算放大器的特点是差模输入阻抗非常高,输入输入失调失调电流非常小电流非常小,一般一般rid(1091012)W,IIB为几皮安到几十皮安。
实现这些指标的主要措施是利用场效应管高输为几皮安到几十皮安。
实现这些指标的主要措施是利用场效应管高输入阻抗的特点入阻抗的特点,用场效应管组成运算放大器的差分输入级。
用场效应管组成运算放大器的差分输入级。
输入级经常采用结型输入级经常采用结型场效应管场效应管JFET与与BJT相结合构成差动输入级,称为相结合构成差动输入级,称为BIFET,或采用,或采用超管与超管与BJT结合的电路,构成差动输入级。
结合的电路,构成差动输入级。
用用FET作输入级作输入级,不仅输入阻抗高不仅输入阻抗高,输入输入失调失调电流低电流低,而且具有高速、宽带和低噪声等优而且具有高速、宽带和低噪声等优点点,但输入失调电压较大。
但输入失调电压较大。
这种运算放大器这种运算放大器广泛用于无线电通信,自动控制,生物医学电信号测量的精密放大电路广泛用于无线电通信,自动控制,生物医学电信号测量的精密放大电路,有源滤波器有源滤波器,取样保持放大器取样保持放大器,对数和反对数放大器对数和反对数放大器,模数和数模转换器模数和数模转换器.常见的集成器件有常见的集成器件有LF355、LF347(四运放)及更高输入阻抗的(四运放)及更高输入阻抗的CA3130、CA3140等。
等。
下面以下面以CA3130为例做一下介绍:
为例做一下介绍:
CA3130同时集同时集成了成了CMOS场效应管与场效应管与双极型晶体管。
在输入级中采用了双极型晶体管。
在输入级中采用了P沟道的沟道的MOS管,使得电路带有极高的输入电阻。
管,使得电路带有极高的输入电阻。
键入文字管脚图CA3130的应用电路的应用电路:
接参考地的单边供电运放接参考地的单边供电运放快速采样保持放大器快速采样保持放大器高输入阻抗比较器高输入阻抗比较器电压跟随器电压跟随器峰值检波器峰值检波器常用性能指标:
常用性能指标:
性能参数性能参数基本范围基本范围输入输入失调失调电压电压8mV电压温漂电压温漂10uV/输入输入失调失调电流电流0.5pA输入电流输入电流5pA大信号电压大信号电压开环开环增益增益100kV/V最大输出电压最大输出电压15V共模抑制比共模抑制比90dB最大输出电流最大输出电流22mA输入电阻输入电阻1.5T等效输入噪声电压等效输入噪声电压23uV转换速率转换速率开环开环闭环闭环30V/uS10V/uS内部构造及引脚:
内部构造及引脚:
键入文字如图所示,如图所示,CA3130的差分输入级采用了的差分输入级采用了PMOS管(管(Q6,Q7),采用三极管(),采用三极管(Q9,Q10)作为镜像作为镜像负载,同时,将差分的输出结果传输到第二级放大器负载,同时,将差分的输出结果传输到第二级放大器Q11。
Q2,Q4是输入级的恒是输入级的恒流源,流源,Q3,Q5为第二级放大的恒流源。
为第二级放大的恒流源。
输出级的输出级的Q8,Q9工作在工作在A类放大,由于是漏极类放大,由于是漏极接负载,最后的输出增益将与负载大小有关。
接负载,最后的输出增益将与负载大小有关。
典型应用电路:
典型应用电路:
全波整流电路全波整流电路由于在运放输出加了二极管,则在输入正向波与反向波型时电路由于在运放输出加了二极管,则在输入正向波与反向波型时电路结构略有不同:
结构略有不同:
输入正向波型时,输入正向波型时,二极管截止,相当于运放不起作用,如下图:
二极管截止,相当于运放不起作用,如下图:
键入文字此时吧,有此时吧,有3123oiRVVRRR输入反向波型时,二极管导通,根据虚短路,虚开路,等效如下图:
输入反向波型时,二极管导通,根据虚短路,虚开路,等效如下图:
此时,有此时,有21oiRVVR假设正负半波的输出是相同的,则有:
假设正负半波的输出是相同的,则有:
321123RRRRRR因此因此对于满足上述条件的电阻对于满足上述条件的电阻R1,R2,R3,电路能做全波整流:
电路能做全波整流:
键入文字4、轨轨-轨型运算放大器轨型运算放大器普通运放的输入电位通常要求高于负电源某一数普通运放的输入电位通常要求高于负电源某一数值,而低于正电源某一数值。
经过特殊设值,而低于正电源某一数
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