電子競賽培訓教程-3.2放大電路

32運算放大器電路321運算放大器基本特性1常用運算放大器類型運算放大器一般可分為通用型、精密型、低噪聲型、高速型、低電壓低功率型、單電源型等幾種。本節(jié)以美國TI公司的產(chǎn)品為例，說明其各類的主要特點。1通用型運算放大器通用型運算放大器的參數(shù)是按工業(yè)上的普通用途設定的，各方面性能都較差或中等，價格低廉，其典型代表是工業(yè)標準產(chǎn)品A741、LM358、OP07、LM324、LF412等。2精密型運算放大器要求運算放大器有很好的精確度，特別是對輸入失調(diào)電壓UIO、輸入偏置電流IIB、溫度漂移系數(shù)、共模抑制比KCMR等參數(shù)有嚴格要求。如UIO不大于LMV，高精密型運算放大器的UIO只有幾十微伏，常用于需要精確測量的場合。其典型產(chǎn)品有TLC4501TLC4502、TLE2027TLE2037、TLE2022、TLC2201、TLC2254等。3低噪聲型運算放大器也屬于精密型運算放大器，要求器件產(chǎn)生的噪聲低，即等效輸入噪聲電壓密度VN15NV，另外需要考慮電流噪聲密度，它跟輸入偏流有HZ關(guān)。雙極型運算放大器通常具有較低的電壓噪聲，但電流噪聲較大，而CMOS運算放大器的電壓噪聲較大，但電流噪聲很小。低噪聲型運算放大器的產(chǎn)品有TLE2027TLE2037、TLE2227TLE2237、TLC2201、TLV2362TLV2262等。4高速型運算放大器要求運算放大器的運行速度快，即增益帶寬乘積大、轉(zhuǎn)換速率快，通常用于處理頻帶寬、變化速度快的信號。雙極型運算放大器的輸入級是JFET的運算放大器，通常具有較高的運行速度。典型產(chǎn)品有TLE2037TLE2237、TLV2362、TLE2141TLE2142TLE2144、TLE2071、TLE2072TLE2074、TLC4501等。5低電壓、低功率型運算放大器用于低電壓供電，如3V電源電壓運行的系統(tǒng)或電池供電的系統(tǒng)。要求器件耗電小500A，能低電壓運行3V，最好具有軌對軌（RAILTORAIL）性能，可擴大動態(tài)范圍。主要產(chǎn)品有TLV2211、TLV2262、TLV2264、TLE2021、TLC2254、TLV2442、TLV2341等。6單電源型運算放大器單電源運算放大器要求用單個電源電壓典型電壓為5V供電，其輸入端和輸出端的電壓可低達0V。多數(shù)單電源型運算放大器是用CMOS技術(shù)制造的。單電源型運算放大器也可用于對稱電源供電的電路，只要總電壓不超過允許范圍即可。另外，有些單電源型運算放大器的輸出級不是推挽電路結(jié)構(gòu)，當信號跨越電源中點電壓時會產(chǎn)生交越失真。2運算放大器的基本參數(shù)表示運算放大器性能的參數(shù)有單/雙電源工作電壓、電源電流、輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流、輸入電阻、轉(zhuǎn)換速率、差模輸入電阻、失調(diào)電流溫漂、輸入偏置電流、偏置電流溫漂、差模電壓增益、共模電壓增益、單位增益帶寬、電源電壓抑制、差模輸入電壓范圍、共模輸入電壓范圍、輸入噪聲電壓、輸入噪聲電流、失調(diào)電壓溫漂、建立時間、長時間漂移等。不同的運算放大器參數(shù)差別很大，使用運算放大器前需要對參數(shù)進行仔細的分析。3運算放大器選用時注意事項（1）若無特殊要求，應盡量選用通用型運放。當一個電路中有多個運放時，建議選用雙運放（如LM358）或四運放（如LM324等）。（2）應正確認識、對待各種參數(shù)，不要盲目片面追求指標的先進，例如場效應管輸入級的運放，其輸入阻抗雖高，但失調(diào)電壓也較大，低功耗運放的轉(zhuǎn)換速率必然也較低；各種參數(shù)指標是在一定的測試條件下測出的，如果使用條件和測試條件不一致，則指標的數(shù)值也將會有差異。（3）當用運放作弱信號放大時，應特別致意選用失調(diào)以及噪聲系數(shù)均很小的運放，如ICL7650。同時應保持運放同相端與反相端對地的等效直流電阻等。此外，在高輸入阻抗及低失調(diào)、低漂移的高精度運放的印刷底板布線方案中，其輸入端應加保護環(huán)。（4）當運放用于直流放大時，必須妥善進行調(diào)零。有調(diào)零端的運放應按標準推薦的調(diào)零電路進行調(diào)零；若沒有調(diào)零端的運放，則可參考圖321進行調(diào)零。（5）為了消除運放的高頻自激，應參照推薦參數(shù)在規(guī)定的消振引腳之間接入適當電容消振，同時應盡量避免兩級以上放大級級連，以減小消振困難。為了消除電源內(nèi)阻引起的寄生振蕩，可在運放電源端對地就近接去耦電容，考慮到去耦電解電容的電感效應，常常在其兩端在并聯(lián)一個容量為00101F的瓷片電容。圖321常見的調(diào)零電路322基本運放應用電路1反相輸入比例運算電路反相輸入比例運算電路如圖322所示，其電壓放大倍數(shù)為；1RVAFIOUF為使輸入電流引起的誤差最小，應取平衡電阻RPRF/R1。當RFR1時，AUF1，即VOVI，電路為反相器。圖322反相輸入比例運算電路實際應用時還應注意以下幾點（1）本電路的電壓放大倍數(shù)不宜過大。通常RF宜小于1M，因RF過大會影響阻值的精度；R1不宜過小，R1過小將要從信號源或前級吸取較大的電流。（2）作為閉環(huán)負反饋工作的放大器，其小信號上限工作頻率FH受運放增益帶寬積GWBAVDFH的限制。以A741為例，其開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)AUD105倍，開環(huán)FH10HZ，故運放的單位增益上限頻率FT1MHZ，即作為電壓跟隨器或反相器工作時的最高工作頻率為1MHZ。若用A741設計AUF為20DB即便10倍的放大電路，則電路允許的上限頻率為100KHZ。（3）如果運放工作于大信號輸入狀態(tài)，則此時電路的最大不失真輸入幅度VIM及信號頻率將受運放轉(zhuǎn)換速率SR的制約。仍以A741為例，其SR05V/S,若輸入信號的最高頻率為100KHZ，則其不失真最大輸入電壓VIM1/2RFC時，電路為積分器；若FI1/2RFC，則電路近似于反相比例運算器，其低頻電壓放大倍數(shù)AVFRF/R1。當RF100K、C0022F時，積分與比例運算的分界頻率約為1/2RFC1/2100103002210672HZ。323測量放大電路測量放大器又稱數(shù)據(jù)放大器、儀表放大器。其主要特點是輸入阻抗高、輸出阻抗低，失調(diào)及零漂很小，放大倍數(shù)精度可調(diào)，具有差動輸入、單端輸出，共模抑制比很高。適用于大的共模電壓背景下對緩變微弱的差值信號進行放大，常用于熱電偶、應變電橋、生物信號等的放大。1三運放測量放大器三運放測量放大器電路如圖327所示。其電壓放大倍數(shù)為AUF12R1/RG。圖327三運放測量放大電路2單片集成測量放大器市場上測量放大器品種繁多，有通用型如INALL0、INALL4115、INAL31等；有高精度型如AD522、AD524、AD624等；有低噪聲低功耗型如INAL02、INAL03等及可編程型如AD526。下面介紹高精度型單片集成測量放大器AD522。AD522是美國AD公司生產(chǎn)的單片集成測量放大器。圖328給出了它的引腳圖，用它接成的電橋放大電路見圖329。其引腳說明如下L、3腳信號的同相及反相輸入端；2、14腳接增益調(diào)節(jié)電阻；7腳放大器輸出端；8、5、9腳分別為V、V及地端；4、6腳接調(diào)零電位器；11腳參考電位端，一般接地；12