競賽培訓(xùn)之運(yùn)放篇

運(yùn)放應(yīng)用及模擬電子設(shè)計(jì)基礎(chǔ)一、運(yùn)放的基本應(yīng)用電路二、運(yùn)放的選擇和使用三、可控放大器設(shè)計(jì)舉例四、儀用放大器的使用五、心電圖儀設(shè)計(jì)舉例六、可控增益放大器的使用七、寬帶直流放大器的設(shè)計(jì)舉例一、運(yùn)放的選擇和使用1、集成放大器主要交流指標(biāo)簡介/view/ddbd040f844769eae009ed77.html

如開環(huán)帶寬、單位增益帶寬GBW、轉(zhuǎn)換速率（也稱為壓擺率）SR、輸入電阻等。單位增益帶寬是一個(gè)很重要的指標(biāo)，對于正弦小信號(hào)放大時(shí)，單位增益帶寬等于輸入信號(hào)頻率與該頻率下的最大增益的乘積，換句話說，就是當(dāng)知道要處理的信號(hào)頻率和信號(hào)需要的增益以后，可以計(jì)算出單位增益帶寬，用以選擇合適的運(yùn)放。這用于小信號(hào)處理中運(yùn)放選型。壓擺率在英文里是slewrate，簡寫為SR。壓擺率也稱轉(zhuǎn)換速率。

壓擺率的意思就是運(yùn)算放大器輸出電壓的轉(zhuǎn)換速率，單位有通常有V/s，V/ms和V/μs三種，它反映的是一個(gè)運(yùn)算放大器在速度方面的指標(biāo)。

一般來說，壓擺率高的運(yùn)放，其工作電流也越大，亦即耗電也大的意思。但壓擺率卻是高速運(yùn)放的重要指標(biāo)。例：用運(yùn)放放大高頻大幅值信號(hào),一定不要忽略SR參數(shù)如用741，做成跟隨器，輸入輸入幅值為

-5V~+5V,頻率為200KHz的方波

，輸出為2V的類似三角波的波形741：0.5；NE5532SR13；ad603SR2752、集成運(yùn)放的參數(shù)分類

/view/1431332.htm#21）速度要求不高,或直流放大:

LF441(單),LF442(雙),LF444(四),TL084(四)

(以上運(yùn)放為JFET輸入,阻抗極高,不必考慮輸入端的阻抗平衡)

OP07(單,高精度,有調(diào)零端,速度可是特別慢,用于直流放大不錯(cuò))

2）速度比較高,音頻范圍,倍數(shù)不超過100:

LF356(單),LF353(雙),LF347(四),TL074(四)

(以上運(yùn)放為JFET輸入,阻抗極高,不必考慮輸入端的阻抗平衡)

OP27(單,高精度,有調(diào)零端,速度比LF356快)

NE5534(用于音響放大,音質(zhì)很好,但輸入阻抗低)

3）高速

OP37(單位頻響50MHz,但一定不能用做跟隨器!在閉環(huán)增益小于5時(shí)會(huì)自激)

4）低壓或單電源

LM324(太慢)3、集成運(yùn)算放大器的使用要點(diǎn)1）集成運(yùn)放的電源供給方式

a)運(yùn)放分為單電源運(yùn)放和雙電源運(yùn)放，在運(yùn)放的datasheet上，查電源供電方式。AD603SupplyVoltage±VS....±7.5V;具體使用方式如下：

b)在放大直流信號(hào)時(shí)，如果采用雙電源運(yùn)放，則最好選擇正負(fù)雙電源供電，否則輸入信號(hào)幅度較小時(shí)，可能無法正常工作；如果采用單電源運(yùn)放，則單電源供電或雙電源供電都可以正常工作；

c)在放大交流信號(hào)時(shí)，無論是單電源運(yùn)放還是雙電源運(yùn)放，采用正負(fù)雙電源供電都可以正常工作；而使用簡單的采用單電源供電都無法正常工作，對于單電源運(yùn)放，表現(xiàn)為無法對信號(hào)的負(fù)半周放大，而雙電源運(yùn)放無法正常工作。要采用單電源，就需要所謂的“偏置”。而偏置的結(jié)果是把供電所采用的單電源相對的變成“雙電源”。/view/a5275f3543323968011c92d3.html(單電源改雙電源）2)為了提高運(yùn)算精度，在運(yùn)算前，應(yīng)首先對直流輸出電位進(jìn)行調(diào)零，即保證輸入為零時(shí)，輸出也為零。當(dāng)運(yùn)放有外接調(diào)零端子時(shí)，可按組件要求接入調(diào)零電位器。調(diào)零時(shí)，將輸入端接地，用直流電壓表測量輸出電壓，調(diào)節(jié)，使為零（即失調(diào)電壓為零）。3)使用時(shí)應(yīng)注意運(yùn)放的消振。集成運(yùn)放自激振蕩時(shí)，表現(xiàn)為即使輸入信號(hào)為零，也會(huì)有輸出信號(hào)。運(yùn)放的自激會(huì)使各種運(yùn)算功能無法實(shí)現(xiàn)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損壞器件。在實(shí)驗(yàn)中，可用示波器監(jiān)視輸出波形。常采用以下方法消除自激振蕩：放有相位補(bǔ)償端子，可利用外接RC補(bǔ)償電路。相關(guān)元件參數(shù)可查閱產(chǎn)品手冊；n表示電路的級(jí)數(shù)，當(dāng)n=2時(shí)，fH=0.64fH1，fL=fL1/0.64，如果單級(jí)放大電路的上、下限頻率分別為fH1＝1MHz，fL1＝100Hz，則兩級(jí)放大電路上、下限頻率分別為fH＝640kHz、fL＝156.25Hz4)輸入信號(hào)選用交、直流均可，但在選取信號(hào)的頻率和幅度時(shí)，應(yīng)考慮運(yùn)放的頻率特性和輸出幅度的限制；6)電路布線和元器件布局應(yīng)盡量減少分布電容；7)在正、負(fù)電源進(jìn)線與地之間接幾十微法的電解電容和微法的陶瓷電容相并聯(lián)，以減少電源引線的影響。二、集成運(yùn)算放大器的一些基本電路1．反相比例運(yùn)算電路

為了減小輸入偏置電流引起的運(yùn)算誤差，在同相輸入端接入平衡電阻2．同相比例運(yùn)算電路

3.電壓跟隨器4.反相加法運(yùn)算電路

5．差分式減法運(yùn)算電路當(dāng)，時(shí)

積分電路在不同輸入信號(hào)下的輸出波形移相90o6.積分電路7.基本微分電路微分電路輸入、輸出波形1）典型頻率特性曲線：：中頻放大倍數(shù)fL

:下限截止頻率（下邊頻）fH

:上限截止頻率（上邊頻）f

:通頻帶（BW）半功率點(diǎn)8、濾波電路2）濾波器的分類

通常有源濾波器分為：低通濾波器（LPF）高通濾波器（HPF）帶通濾波器（BPF）帶阻濾波器（BEF）它們的幅度頻率特性曲線如圖所示。3）二階有源低通濾波器（LPF）上限截止頻率為

：注：增益<34）二階有源高通濾波器

其下限截止頻率為：

9、信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)三、可控放大器的設(shè)計(jì)舉例1．基本要求

放大器輸入正弦信號(hào)電壓振幅為10mV，電壓增益為40dB，通頻帶為100Hz～40kHz，放大器輸出電壓無明顯失真。

2、發(fā)揮部分：放大器電壓增益為60dB，輸入正弦信號(hào)電壓振幅為10mV，增益10dB步進(jìn)可調(diào)，通頻帶為100Hz～100kHz。

題目分析1、級(jí)數(shù)及運(yùn)放的選擇單位增益帶寬積GBW(Gainbandwidthproduct)=60dB(1000倍）*100KHz=100MHz所以：每級(jí)采用32dB，GBW應(yīng)該在5MHz以上，選擇NE5532題目分析外補(bǔ)償作用：運(yùn)放工作在低閉環(huán)增益條件下，防止電路自激，在增益較高時(shí)具有很好的穩(wěn)定性，無需補(bǔ)償。2、電路設(shè)計(jì)條件：通頻帶為100Hz～100kHz1）低頻：2)反饋網(wǎng)絡(luò)參數(shù)選擇：為了減小電阻帶來的噪聲及過小的反饋電流造成的失調(diào)電壓，接地電阻選擇較小的值3）對應(yīng)156KHz的反饋電容量分別約為340pF和21.8pF，查看曲線，對應(yīng)32dB，約300KHz左右，所以加一小電容，在調(diào)試時(shí)逐漸加大。多級(jí)放大電路的通頻帶比任何一級(jí)都窄，級(jí)數(shù)越多通頻帶越窄。定量，所以單級(jí)為64.3Hz和156KHz當(dāng)n=2時(shí)，fH=0.64fH1，fL=fL1/0.64，注意1、因?yàn)闉榻涣?，所以不調(diào)零2、消除電源上的噪聲：3、大面積接地4、輸入采用同軸電纜四、儀用放大器1、儀用放大器的介紹：

儀用放大器與很多放大電路一樣，都是用來放大信號(hào)的用的，但儀用放大電路的特點(diǎn)是，它所測量的信號(hào)通常都是在噪聲環(huán)境下的微小信號(hào)。而噪聲通常都是公共模噪聲，所以在電路設(shè)計(jì)要求上，電路有很高的共模抑制比，利用共模抑制比將信號(hào)從噪聲中分離出來。因此好的儀用放大器測量的信號(hào)能達(dá)到很高的精度，在醫(yī)用設(shè)備、數(shù)據(jù)采集、檢測和控制電子設(shè)備等方面都得到了廣泛的應(yīng)用。2、AD620

AD620是一種只用一個(gè)外部電阻就能設(shè)置放大倍數(shù)為1—1000的低功耗、高精度儀表放大器。盡管AD620由傳統(tǒng)的三運(yùn)放放大器發(fā)展規(guī)律而成,但一些主要性能卻優(yōu)于三運(yùn)放構(gòu)成的儀表放大器。其特點(diǎn)時(shí)：電源范圍寬(±2.3--±18)、設(shè)計(jì)體積小、功耗非常低(最大供電電流僅為1.3)，因而主要應(yīng)用于低電壓、低功耗的場合AD620的引腳圖和結(jié)構(gòu)簡圖五、簡易心電圖儀的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)制作一個(gè)簡易心電圖儀，可測量人體心電信號(hào)并在示波器上顯示出來，示意圖如圖：

題目分析前置放大電路的選用及方案設(shè)計(jì)前置放大電路：必須高阻抗、高共模抑制比、低噪聲六、可變增益放大器AD603正是這樣一種具有程控增益調(diào)整功能的芯片。它是美國ADI公司的專利產(chǎn)品，是一個(gè)低噪、90MHz寬帶增益可調(diào)的集成運(yùn)放，AD603主要有三種工作模式：當(dāng)腳5和腳7短接時(shí)，AD603的增益為40Vg+10,這時(shí)的增益范圍-10dB～30dB，帶寬為90Mhz。當(dāng)腳5和腳7斷開時(shí)，其增益為40Vg+30，這時(shí)的增益范圍為10dB～50dB。帶寬為9Mhz;當(dāng)5腳和7腳接上電阻，其增益與帶寬范圍將處于上述兩者之間。

當(dāng)腳5和腳7短接時(shí)，AD603的增益為40Vg+10，這時(shí)的增益范圍在-10～30dB，本文的設(shè)計(jì)就是這樣應(yīng)用的。當(dāng)腳5和腳7斷開時(shí)，其增益為40Vg+30，這時(shí)的增益范圍為10～50dB。如果在5腳和7腳接上電阻，其增益范圍將處于上述兩者之間。AGC電路是一種在輸入信號(hào)幅度變化很大的情況下，使輸出信號(hào)幅度保持恒定或僅在較小范圍內(nèi)變化的自動(dòng)控制電路。七、寬帶直流放大器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)寬帶直流放大器。要求如下：（1）最大電壓增益AV≥60dB，輸入電壓有效值Vi≤10mV。

（2）3dB通頻帶0～10MHz；在0～9MHz通頻帶內(nèi)增益起伏≤1dB。。題目分析帶寬增益積(GBP)為帶寬與增益的乘積，描述的是某一種運(yùn)放的一個(gè)固有特性，是一個(gè)恒值。當(dāng)增益提高時(shí)，相應(yīng)的帶寬變窄;同理增益降低時(shí)，相應(yīng)帶寬就變寬。AD603主要有三種工作模式：當(dāng)腳5和腳7短接時(shí)，AD603的增益為40Vg+10,當(dāng)Vg在-0.5～+0.5V變化時(shí)增益范圍-10dB～30dB，帶寬為90Mhz。當(dāng)腳5和腳7斷開時(shí)，其增益為40Vg+30，這時(shí)的增益范圍為10dB～50dB。帶寬為9Mhz;當(dāng)5腳和7腳接上電阻，其增益與帶寬范圍將處于上述兩者之間。本設(shè)計(jì)采用腳5和腳7短接模式，兩個(gè)AD603級(jí)聯(lián)增益范圍為-20～60dB，帶寬約為80MHZ，完全滿足題目設(shè)計(jì)要求。在0～9MHz通頻帶內(nèi)增益起伏≤1dB。。

通頻帶內(nèi)增益起伏控制根據(jù)帶寬增益積的原理：當(dāng)頻率變化時(shí)，增益也將發(fā)生起伏變化。為實(shí)現(xiàn)0～9MHz通頻帶內(nèi)增益起伏≤1dB，采用單片機(jī)、A/D與D/A構(gòu)