賈立新2.1運(yùn)算放大器的模型

2.1運(yùn)算放大器的模型

集成運(yùn)算放大器是高放大倍數(shù)、高輸入阻抗、低輸出阻抗的直接耦合多級(jí)放大器，是構(gòu)成信號(hào)的產(chǎn)生、變換、處理等模擬電路的基本單元。

2.1運(yùn)算放大器的模型簡(jiǎn)化的運(yùn)算放大器電路圖1.理想運(yùn)算放大器的模型

（1）開(kāi)環(huán)增益AVO＝∞；（2）輸入電阻ri=∞

；（3）輸出電阻ro=0；（4）頻帶寬度△f=∞；（5）共模擬制比KCMR=∞；（6）失調(diào)漂移、內(nèi)部噪聲均為0。2.1運(yùn)算放大器的模型2.實(shí)際運(yùn)算放大器的模型

（1）差分輸入電阻ri；（2）電壓增益AVO；（3）輸出電阻ro；（4）差分輸入電壓vD=vP-vN（5）單位增益帶寬。741運(yùn)算放大器的ri=2MΩ，AVO=200V/mV，ro=75Ω。2.1運(yùn)算放大器的模型電流反饋運(yùn)放（Current-Feedback，CFB）在結(jié)構(gòu)上與電壓反饋運(yùn)放（Voltage-Feedback，VFB）有明顯不同。電流反饋運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端之間是一個(gè)單位增益緩沖器。理想情況下，緩沖器有無(wú)窮大的輸入阻抗和零輸出阻抗。（1）同相輸入端阻抗∞；（2）反相輸入端阻抗為0；（3）輸出阻抗為0。2.1運(yùn)算放大器的模型3.電壓反饋型運(yùn)放和電流反饋型運(yùn)放2.1運(yùn)算放大器的模型電流反饋型運(yùn)放構(gòu)成的同相放大器

電壓反饋運(yùn)算放大器特點(diǎn)：（2）增益帶寬積為常數(shù)；（3）反饋電阻的取值較為自由等特點(diǎn)。反饋電阻一般阻值較大，通常在10kΩ以上，這樣反饋電阻獲得反饋電壓的能力更大。（4）電壓反饋運(yùn)算放大器適合于需要低失調(diào)電壓、低噪聲的電路中。（1）具有同相和反相輸入端阻抗基本相同，均為高阻，噪聲更低、更好的直流特性；2.1運(yùn)算放大器的模型（4）電流反饋放大器在很寬的頻率范圍內(nèi)增益恒定，頻率響應(yīng)要遠(yuǎn)優(yōu)于電壓反饋型放大器，所以寬帶放大器都是電流反饋型的。

電流反饋運(yùn)算放大器特點(diǎn)：（2）帶寬不受增益的影響，壓擺率更高；（1）具有同相輸入端為高阻，反相輸入端為低阻抗；（3）反饋電阻一般阻值較小，通常小于1kΩ，這樣反饋電阻獲得的反饋電流的能力更大。電流反饋運(yùn)算放大器適用于需要高壓擺率、低失真和可以設(shè)置電路增益而不影響帶寬的電路2.1運(yùn)算放大器的模型

THS30922.1運(yùn)算放大器的模型賈立新2.2集成運(yùn)放構(gòu)成的基本放大電路1.比例放大器Avf=vo/vi=-R2/R12.2集成運(yùn)放構(gòu)成的基本放大電路2.同相放大器2.2集成運(yùn)放構(gòu)成的基本放大電路3.加法電路

2.2集成運(yùn)放構(gòu)成的基本放大電路加法電路的應(yīng)用2.2集成運(yùn)放構(gòu)成的基本放大電路v1=0.1sin1000πt（V）Vpp=4V，f=2kHz三角波4.基本差分放大電路很多傳感器的輸出信號(hào)既有差模信號(hào)，又有共模信號(hào)。2.2集成運(yùn)放構(gòu)成的基本放大電路vid：差模電壓，有用信號(hào)。差分放大電路只對(duì)差模信號(hào)放大，對(duì)共模信號(hào)的放大倍數(shù)為0。當(dāng)Rf/R1=RF/R1時(shí)，2.2集成運(yùn)放構(gòu)成的基本放大電路vic：共模電壓，無(wú)用信號(hào)。共模抑制比（1）電阻參數(shù)很難完全匹配，導(dǎo)致共模抑制能力下降。

差分放大電路存在的問(wèn)題：2.2集成運(yùn)放構(gòu)成的基本放大電路（4.9V，+5.1V）（9.9V，10.1V）（-0.1V，+0.1V）0.2V0.2V0.2V0.2002V0.2626V0.3250V（2）輸入阻抗不夠大連接前，vi1=2.564V，vi2=2.5V連接后，vi1=2.502V，vi2=2.439V64mV63mV2.2集成運(yùn)放構(gòu)成的基本放大電路（3）增益調(diào)節(jié)不便。上述缺點(diǎn)可以通過(guò)采用儀表放大器來(lái)解決。2.2集成運(yùn)放構(gòu)成的基本放大電路5.儀表放大器6.V/I變換電路當(dāng)RF1/RG1=RF2/RG2=1時(shí)2.2集成運(yùn)放構(gòu)成的基本放大電路6.

V/I變換電路當(dāng)vI由D/A轉(zhuǎn)換器提供時(shí)，可以構(gòu)成數(shù)控電流源。2.2集成運(yùn)放構(gòu)成的基本放大電路2.3集成運(yùn)放的參數(shù)賈立新2.3集成運(yùn)放的參數(shù)集成運(yùn)放的指標(biāo)分為直流電氣特性和交流電氣特性。1.直流電氣特性(1)輸入偏置電流和輸入失調(diào)電流

同相輸入端吸收的電流用IP表示，反相輸入端吸收的電流用IN表示將IP和IN的差稱為輸入失調(diào)電流IOS=IP-IN2.3集成運(yùn)放的參數(shù)分析：輸入偏置電流和失調(diào)電流對(duì)放大電路的影響2.3集成運(yùn)放的參數(shù)縮小所有的電阻；選擇一款具有更低IOS值的運(yùn)算放大器（2）輸入失調(diào)電壓

2.3集成運(yùn)放的參數(shù)VOS對(duì)電阻反饋運(yùn)算放大器電路的影響

2.3集成運(yùn)放的參數(shù)輸出失調(diào)電壓的補(bǔ)償適用于增益固定放大電路2.3集成運(yùn)放的參數(shù)（3）輸出開(kāi)環(huán)阻抗和輸出閉環(huán)阻抗2.3集成運(yùn)放的參數(shù)（4）最大輸出電壓擺幅2.3集成運(yùn)放的參數(shù)型號(hào)IB/μAIOS/μAVOS/mV最大輸出電壓典型值最大值典型值最大值典型值最大值VOH/VVOL/VMAX40165.4200.120420V+-0.06V-+0.06

TL0820.000050.00040.0000250,0002515V+-1.5V-+1.5

OPA21880.000160.000850.000320.00170.0060.025V+-0.22V-+0.22

三種常用運(yùn)放的靜態(tài)參數(shù)2.3集成運(yùn)放的參數(shù)2.交流電氣特性（1）開(kāi)環(huán)帶寬BW和單位增益帶寬GBW開(kāi)環(huán)電壓增益從開(kāi)環(huán)直流增益A0下降3dB時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻寬稱為開(kāi)環(huán)帶寬BW。從開(kāi)環(huán)直流增益下降到0dB時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻寬稱為單位增益帶寬GBW。2.3集成運(yùn)放的參數(shù)

在小信號(hào)（Vopp

≤1V）條件下，電壓反饋運(yùn)算放大器的帶寬和增益的乘積是一常數(shù)。2.3集成運(yùn)放的參數(shù)（2）轉(zhuǎn)換速率（SlewingRate，SR）

轉(zhuǎn)換速率也稱壓擺率，其定義是運(yùn)放在額定負(fù)載及輸入階躍大信號(hào)時(shí)輸出電壓的最大變化率。

當(dāng)放大器輸出大振幅的正弦信號(hào)時(shí)，為了避免失真，其最大頻率為：

fp（max）=SR/（2πVom）2.3集成運(yùn)放的參數(shù)例1：OPA552的單位增益帶寬GBW為12MHz，SR為24V/μs，用其構(gòu)成放大倍數(shù)為5的反相放大器，其小信號(hào)帶寬為12MHz/5=2.4MHz，當(dāng)輸出信號(hào)的峰-峰值為10V時(shí)，其允許的最大頻率為fp（max）=SR/（2πVom）=24×106/（2π×5）=764（kHz）2.3集成運(yùn)放的參數(shù)例2：脈沖信號(hào)參數(shù)測(cè)量?jī)x。頻率范圍為10Hz～2MHz，占空比D范圍為10％～90％度，幅度范圍為0.1～10V。2.3集成運(yùn)放的參數(shù)常用運(yùn)放的動(dòng)態(tài)參數(shù)型

號(hào)GBW/MHzSR(V/μs)OP070.60.3OPA218820.8TL082413MAX4016150600THS309221073002.3集成運(yùn)放的參數(shù)電源電壓選擇；3.集成運(yùn)算放大器的選型步驟失調(diào)電壓VOS選擇；增益帶寬積GBW選擇；壓擺率SR選擇。2.3集成運(yùn)放的參數(shù)2.4單電源放大電路設(shè)計(jì)賈立新2.4單電源放大電路設(shè)計(jì)

從運(yùn)放供電的角度，可分為雙電源運(yùn)放、單電源運(yùn)放或既可雙電源也可單電源運(yùn)放。

由于電池供電設(shè)備、便攜產(chǎn)品越來(lái)越流行，單電源運(yùn)放使用也越來(lái)越多。單電源運(yùn)放如果放大雙極性信號(hào)將輸出失真。對(duì)單電源運(yùn)放加合適的偏置，使輸出電壓以一個(gè)合適的直流電平為中心上下擺動(dòng)。直流電平確定的原則是保證輸出信號(hào)不失真，輸出信號(hào)有最大的動(dòng)態(tài)范圍2.4單電源放大電路設(shè)計(jì)1.利用虛擬地實(shí)現(xiàn)偏置

2.4單電源放大電路設(shè)計(jì)2.交流放大電路的偏置

2.4單電源放大電路設(shè)計(jì)3.直接耦合放大電路的偏置對(duì)于直接耦合的單電源放大電路，通常采用線性電路的疊加原理來(lái)計(jì)算偏置電壓或者確定電阻阻值2.4單電源放大電路設(shè)計(jì)2.4單電源放大電路設(shè)計(jì)例1：

電路如圖1所示。已知VCC=5V，VR