電子電路理論電子科學(xué)與工程學(xué)院楊恒新yanghx@12023/7/212目錄1.如何使穩(wěn)壓管工作在額定電壓2.如何設(shè)計高輸入電阻放大電路3.多級放大電路的頻響4.VFB&CFB運放5.運放指標(biāo)6.運放選型步驟7.運放單電源工作設(shè)計8.運放應(yīng)用特例9.放大器設(shè)計實例22023/7/213目錄1.如何使穩(wěn)壓管工作在額定電壓2.如何設(shè)計高輸入電阻放大電路3.多級放大電路的頻響4.VFB&CFB運放5.運放指標(biāo)6.運放選型步驟7.運放單電源工作設(shè)計8.運放應(yīng)用特例9.放大器設(shè)計實例32023/7/2141.如何使穩(wěn)壓管工作在額定電壓R

ILIZDZ

RLUiUoi/mAu/V

IZmax0-UZ

IZmin42023/7/215目錄1.如何使穩(wěn)壓管工作在額定電壓2.如何設(shè)計高輸入電阻放大電路3.多級放大電路的頻響4.VFB&CFB運放5.運放指標(biāo)6.運放選型步驟7.運放單電源工作設(shè)計8.運放應(yīng)用特例9.放大器設(shè)計實例52023/7/2162.如何設(shè)計高輸入電阻放大電路0-100MHz放大電路輸入電阻為1M，如何設(shè)計？高頻時容抗不可認為是∞OPA83062023/7/217C2C1RG1RSUDDRG2150k50k2k＋＋RLUoRG31M＋－＋－Ui0-100MHz放大電路輸入電阻為1M，如何設(shè)計？72023/7/218目錄1.如何使穩(wěn)壓管工作在額定電壓2.如何設(shè)計高輸入電阻放大電路3.多級放大電路的頻響4.VFB&CFB運放5.運放指標(biāo)6.運放選型步驟7.運放單電源工作設(shè)計8.運放應(yīng)用特例9.放大器設(shè)計實例82023/7/21992023/7/2110目錄1.如何使穩(wěn)壓管工作在額定電壓2.如何設(shè)計高輸入電阻放大電路3.多級放大電路的頻響4.VFB&CFB運放5.運放指標(biāo)6.運放選型步驟7.運放單電源工作設(shè)計8.運放應(yīng)用特例9.放大器設(shè)計實例102023/7/21111)電壓反饋運放(VoltageFeedBack,VFB)?誤差信號用電壓模型?輸入端均為高輸入阻抗?反饋使用電壓模型4.VFB&CFB運放負反饋最終使誤差電壓為0112023/7/21122)電流反饋運放(CurrentFeedBack,VCB)?誤差信號用電流模型?運放正端具有高輸入阻抗,而負端輸入阻抗低?反饋使用電流模型負反饋最終使誤差電流為0122023/7/2113Gain<=3:通常選擇VFBGain=>4:通常選擇CFBFrequency<=10MHz:

通常選擇VFB

Frequency>

10MHz:通常選擇CFB

3)VFB&CFB選擇CFB直流精度差132023/7/2114目錄1.如何使穩(wěn)壓管工作在額定電壓2.如何設(shè)計高輸入電阻放大電路3.多級放大電路的頻響4.VFB&CFB運放5.運放指標(biāo)6.運放選型步驟7.運放單電源工作設(shè)計8.運放應(yīng)用特例9.放大器設(shè)計實例142023/7/2115輸入端口相關(guān)的指標(biāo)

-輸入阻抗

-帶寬BW-失調(diào)電壓offsetvoltage-偏置電流biascurrent-輸入電壓范圍

-噪聲特性輸出端口相關(guān)的指標(biāo)

-輸出的驅(qū)動能力

-輸出電壓范圍

-壓擺率slewrate供電相關(guān)指標(biāo)

-供電電壓范圍

-靜態(tài)電流5.運放指標(biāo)152023/7/21165.運放指標(biāo)輸入阻抗帶寬失調(diào)電壓偏置電流輸入電壓范圍噪聲特性輸出電壓范圍壓擺率162023/7/2117選擇運放輸入阻抗時要考慮被放大對象（信源）的內(nèi)阻。運放的輸入阻抗要遠遠大于信源內(nèi)阻。5.運放指標(biāo)-輸入阻抗電流反饋型(CFB):如OPA691電壓反饋型(VFB):如OPA830172023/7/21185.運放指標(biāo)-輸入阻抗例如信源內(nèi)阻為10K歐姆，則需要選擇100K以上的輸入阻抗才能達到10%的誤差，要達到1%的誤差則要選擇1M以上的輸入阻抗。RiRsusui182023/7/21195.運放指標(biāo)輸入阻抗帶寬失調(diào)電壓偏置電流輸入電壓范圍噪聲特性輸出電壓范圍壓擺率192023/7/2120電流反饋型(CFB):如OPA691電壓反饋型(VFB):如OPA830注：不同增益下的帶寬通常不同5.運放指標(biāo)-帶寬注：不同增益下的帶寬近似相同202023/7/2121-3dB帶寬/單位增益帶寬/全功率帶寬全功率帶寬大信號時帶寬-3dB帶寬/單位增益帶寬小信號時帶寬5.運放指標(biāo)-帶寬fDCGain3dBCornerFullPowerBandwidthUnityGainBandwidthA/dB0a)滿程輸出時能達到的帶寬b)與壓擺率密切相關(guān)212023/7/2122增益帶寬積(GainBandwidthProduct,GBP)VFB類型：Gain*Bandwidth=常數(shù)帶寬為1MHzGBP的運放在100倍增益時只有10KHz帶寬

CFB類型：Gain*Bandwidth不固定5.運放指標(biāo)-帶寬222023/7/2123注：對高速放大器，由于寄生電容的影響，單位增益帶寬常常大于其增益帶寬積；對精密放大器，兩者相等。OPA820的帶寬5.運放指標(biāo)-帶寬單位增益帶寬增益帶寬積大信號帶寬232023/7/21245.運放指標(biāo)-帶寬Rf帶寬與同相輸入端數(shù)目無關(guān)增益帶寬積固定242023/7/21255.運放指標(biāo)-帶寬ViRfR2反相輸入端越多，帶寬下降越多Vo增益帶寬積固定252023/7/21265.運放指標(biāo)-帶寬RfRcZcRf帶寬與同相輸入端數(shù)目無關(guān)用作電壓跟隨器時，反饋電阻不可為0262023/7/21275.運放指標(biāo)-帶寬RfRcZcViR2帶寬與反相輸入端數(shù)目無關(guān)27VFB&CFB帶寬與運放連接關(guān)系電路連接運放類型同相輸入反相輸入VFB

增益帶寬積固定;帶寬與同相輸入端數(shù)目無關(guān)

增益帶寬積固定;反相輸入端越多，帶寬下降越多CFB

帶寬與同相輸入端數(shù)目無關(guān);用作電壓跟隨器時，反饋電阻不可為0

帶寬與反相輸入端數(shù)目無關(guān)282023/7/21295.運放指標(biāo)輸入阻抗帶寬失調(diào)電壓偏置電流輸入電壓范圍噪聲特性輸出電壓范圍壓擺率292023/7/2130在高倍放大的精密電路中最為重要。失調(diào)電壓被放大后直接影響電路檢測微弱信號的精度。OPA333失調(diào)電壓:10μV(max)溫漂:0.05μV/?C(max)5.運放指標(biāo)-失調(diào)電壓302023/7/21315.運放指標(biāo)輸入阻抗帶寬失調(diào)電壓偏置電流輸入電壓范圍噪聲特性輸出電壓范圍壓擺率312023/7/2132對高阻信源放大時非常重要。20uA的偏置電流，在100K電阻上產(chǎn)生的電壓為2V。偏置電流乘以高阻可以產(chǎn)生很大的誤差電壓。OPA691的偏置電流在uA級別，雙極型輸入OPA656的偏置電流在pA級別，F(xiàn)ET輸入5.運放指標(biāo)-偏置電流322023/7/21335.運放指標(biāo)輸入阻抗帶寬失調(diào)電壓偏置電流輸入電壓范圍噪聲特性輸出電壓范圍壓擺率332023/7/2134OPA335:Vdd+=5V,Vdd-=GND單電源運放5.運放指標(biāo)-共模輸入電壓范圍OPA365:Vdd+=5V,Vdd-=GND單電源運放

uA741：Vdd+=15V,Vdd-=-15V雙電源運放342023/7/2135軌到軌輸入和輸出運放：輸入和輸出擺幅非常接近供電電源軌。軌到軌輸出運放：輸出擺幅非常接近供電電源軌，輸入在高電平處需要1.5V的凈空。非軌到軌運放：輸入和輸出在高電平和低電平處都需要一定的凈空才能保證不發(fā)生削頂/底。

不適合在單電源中應(yīng)用。OPA365:Vdd+=5V,Vdd-=GND5VGNDVoltageInputSignalRangeOPA335:Vdd+=5V,Vdd-=GND5VGNDVoltageOutputSignalRangeuA741:

Vdd+=15V,Vdd-=-15VVoltage3.5VVdd+Vdd-InputSignalRangeOutputSignalRangeInputSignalRangeOutputSignalRange5.運放指標(biāo)-差模輸入電壓范圍352023/7/21365.運放指標(biāo)輸入阻抗帶寬失調(diào)電壓偏置電流輸入電壓范圍噪聲特性輸出電壓范圍壓擺率362023/7/2137OPA337的噪聲特性O(shè)PA335的噪聲特性5.運放指標(biāo)-噪聲特性O(shè)PA337OPA335OPA335372023/7/21385.運放指標(biāo)輸入阻抗帶寬失調(diào)電壓偏置電流輸入電壓范圍噪聲特性輸出電壓范圍壓擺率382023/7/2139在最大輸出幅度和供電電源軌間必須有一定的裕量或凈空，保證輸出不被削頂/底。對輸入也是一樣。根據(jù)運放輸出結(jié)構(gòu)不同，這個裕量從數(shù)mV到數(shù)V不等。5.運放指標(biāo)-輸出電壓范圍392023/7/2140軌到軌運放OPA354非軌到軌運放LM324在單電源供電中選擇軌到軌（railtorail）更方便使用。5.運放指標(biāo)-輸出電壓范圍402023/7/2141運放不是軌到軌，在單電源低壓供電下會使輸出范圍過小。這樣放大較大信號時就會消峰。TINA-TI仿真結(jié)果如下：5.運放指標(biāo)-輸出電壓范圍412023/7/21425.運放指標(biāo)輸入阻抗帶寬失調(diào)電壓偏置電流輸入電壓范圍噪聲特性輸出電壓范圍壓擺率422023/7/2143輸出信號的最大斜率，表示運放輸出大幅度信號的能力。輸出50MHz正弦信號時，振幅可以達到6V。5.運放指標(biāo)-壓擺率輸出100MHz正弦信號時，振幅可以達到3V。432023/7/2144壓擺率限制了輸出大信號的帶寬5.運放指標(biāo)-壓擺率442023/7/2145目錄1.如何使穩(wěn)壓管工作在額定電壓2.如何設(shè)計高輸入電阻放大電路3.多級放大電路的頻響4.VFB&CFB運放5.運放指標(biāo)6.運放選型步驟7.運放單電源工作設(shè)計8.運放應(yīng)用特例9.放大器設(shè)計實例452023/7/21466.運放選型步驟放大電路指標(biāo)要求負載1k

放大倍數(shù)128倍輸入1kHz,200mV(pp)正弦波，要求輸出誤差小于1%

輸入100mV直流電平，要求輸出誤差小于1%462023/7/21471)供電電壓200mV(pp)×128=25.6V(pp)需要30V(±15V)供電的放大器(考慮輸出至電源軌1.5V裕量)2)失調(diào)電壓Vos

輸出誤差小于1%所以Vos<1mV因為輸入100mV(p)3)GBW增益帶寬積1kHz信號，放大128倍，則最小GBW>128kHz,實際應(yīng)用中留10-100倍的裕量，GBW取2MHz以上。6.運放選型步驟472023/7/21484)壓擺率最大電壓25.6V(pp),1kHz留10-100倍的裕量，因此選擇1V/μs以上。5)綜上

Vs>30V，Vos<1mV，GBW>2MHz，SR>1V/μs

可選擇OPA227，OPA209，OPA2116.運放選型步驟482023/7/2149目錄1.如何使穩(wěn)壓管工作在額定電壓2.如何設(shè)計高輸入電阻放大電路3.多級放大電路的頻響4.VFB&CFB運放5.運放指標(biāo)6.運放選型步驟7.運放單電源工作設(shè)計8.運放應(yīng)用特例9.放大器設(shè)計實例492023/7/21507.運放單電源工作-反相放大單電源運放的設(shè)計要點是偏置電壓的設(shè)定，要求靜態(tài)時輸出為電源電壓的一半、輸入通常也為電源電壓的一半。反相放大DC耦合方式1502023/7/2151反相放大DC耦合方式27.運放單電源工作-反相放大512023/7/2152反相放大AC耦合方式7.運放單電源工作-反相放大52設(shè)計5V單電源三級反相放大器，增益分別為-5,-10,-2。Vs-Vs+V+5+VrefV1

2.5++-+Vs-Vs+Vref10K2K+-+Vs-Vs+Vref10K1K+-+Vs-Vs+Vref10K5K532023/7/2154同相放大DC耦合17.運放單電源工作-同相放大542023/7/2155同相放大DC耦合27.運放單電源工作-同相放大552023/7/2156同相放大AC耦合7.運放單電源工作-同相放大562023/7/2157差動放大DC耦合7.運放單電源工作-差動放大VcmVcm10VdmVcm+VdmVrefVout572023/7/2158目錄1.如何使穩(wěn)壓管工作在額定電壓2.如何設(shè)計高輸入電阻放大電路3.多級放大電路的頻響4.VFB&CFB運放5.運放指標(biāo)6.運放選型步驟7.運放單電源工作設(shè)計8.運放應(yīng)用特例9.放大器設(shè)計實例582023/7/2159當(dāng)出現(xiàn)匹配要求時，用同相比例運算電路輸入電阻為50Ω8.運放應(yīng)用特例592023/7/2160如何使減法器的加權(quán)系數(shù)一致8.運放應(yīng)用特例602023/7/2161儀表放大器具有高共模抑制比、高輸入阻抗在R1=R2，R3=R4，Rf=R5的條件下Vo/(Vin+-Vin-)

=(1+2R1/Rg)(Rf/R3)

8.運放應(yīng)用特例Vin-Vin+Vo612023/7/2162目錄1.如何使穩(wěn)壓管工作在額定電壓2.如何設(shè)計高輸入電阻放大電路3.多級放大電路的頻響4.VFB&CFB運放5.運放指標(biāo)6.運放選型步驟7.運放單電源工作設(shè)計8.運放應(yīng)用特例9.放大器設(shè)計實例622023/7/21631)類型通用放大器:單端輸入差分放大器:差分輸入,采用內(nèi)部電阻,精確匹配,

KCMRR高儀用放大器:差分輸入,輸入阻抗高功率驅(qū)動電路9.放大器設(shè)計實例放大器設(shè)計是各類競賽題中均包含的內(nèi)容DIFFERENCEAMPLIFIERS632023/7/21642)指標(biāo)寬帶高增益（可調(diào)）高輸出電壓（或有輸出功率要求）阻抗匹配失真帶內(nèi)增益起伏：(13年增益波動≤1dB，15年增益波動≤2dB)矩形系數(shù)9.放大器設(shè)計實例642023/7/2165在0～20dB可調(diào)在1MHz～15MHz頻帶內(nèi)增益起伏≤1dB輸入阻抗=50輸出阻抗=50基本要求3)2013D題分析9.放大器設(shè)計實例652023/7/2166在0～60dB可調(diào)在1MHz～80MHz頻帶內(nèi)增益起伏≤1dB發(fā)揮部分9.放大器設(shè)計實例662023/7/2167設(shè)計方案9.放大器設(shè)計實例DAC672023/7/2168帶寬指標(biāo)主要通過新型高性能的運放實現(xiàn)固定增益OPA690OPA2694功率放大器AD8321THS3201可調(diào)增益VCA821AD8009THS3201OPA847AD8367THS3091AD603VCA8209.放大器設(shè)計實例682023/7/2169高增益采用多級放大器實現(xiàn)典型的方案是采用3～4級放大器增益可調(diào)手動調(diào)整程控增益運放程控衰減器各級增益分配:6dB,14dB,-40～40dB,20dB如:程控步進衰減模塊（PE4306）9.放大器設(shè)計實例692023/7/2170帶內(nèi)增益波動級間阻抗匹配頻率補償選增益曲線平坦的器件9.放大器設(shè)計實例OPA820702023/7/2171阻抗匹配輸入端設(shè)置阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)輸出端設(shè)置阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)用同相比例運算電路輸出端串50電阻9.放大器設(shè)計實例OPA820712023/7/2172降低噪聲選器件布局、屏蔽、去耦、接地運放電源線加磁珠和電容濾波信號耦合用電解電容并聯(lián)高頻瓷片電容以免高頻增益下降數(shù)字電路部分和模擬電路部分的電源嚴(yán)格分開數(shù)字地和模擬地一點相連9.放大器設(shè)計實例722023/7/2173測量方法信號源內(nèi)阻為50，先將信號源信號幅度設(shè)置為1mV，然后，再設(shè)置為20mV。示波器采用高阻輸入方式，作品帶著負載電阻測試。9.放大器設(shè)計實例732023/7/2174(1)反相輸入端寄生電容反相節(jié)點對寄生電容(CSTRA