课题集成运算放大器的设计.ppt

电子设计提高班 广西机电职业技术学院电气工程系 课题一集成运算放大电路的设计与制作 一 电子电路设计与制作概论二 常用模拟电路的设计三 三极管放大电路的设计四 集成运算放大电路的设计 一 电子电路设计与制作概论 1 电子电路设计与制作入门电子电路设计与制作 指在业余条件下 设计某一电子电路 并把它组装调试出来 1 1电子电路设计与制作如何选题 1 新颖 实用 趣味性 2 包括硬件设计和软件设计 以硬件为主 3 综合性强 涵盖模电 数电 单片机 PLD等 4 难度适中 低于或相当于毕业设计 5 有创新点 有特色 1 2电子电路设计与制作如何入门 1 介入电路设计与制作 宜早不宜迟 2 兴趣是最好的老师 3 勤于动手是最好的途径 4 相互学习是较好的方式 1 3电子技术平台 1 硬件平台 1 电路 信号 电子技术基础 2 CPLD FPGA芯片 3 单片机MCU 4 专用芯片ASIC 5 数字信号处理器DSP2 软件平台 1 汇编语言 2 C语言 3 MATLAB语言 4 VHDL语言 硬件描述语言 5 EDA仿真软件 EWB Multisim Proteus等 2 电子电路设计 电子电路设计 依据事先提供的技术指标和功能 综合运用电子技术平台所提供的知识 对电路进行硬件 软件设计 达到用最少的 最节省的器件 实现电路的功能 2 1电子电路设计的基本原则 1 尽量提高性价比2 设计中的 软 与 硬 3 设计中的 简 与 繁 4 采用器件的考虑新器件 大路货 现成的模块或组件 2 2电子电路设计的基本方法 1 综合电子系统的分级四级 系统级 子系统级 单元级 元件级 2 自顶向下的设计方法 自顶向下 是借鉴IC的设计方法 它是从系统级开始设计 然后进行子系统级设计 单元级设计 最后落实到选择什么器件和芯片 3 自底向上的设计方法4 核心展开法5 系统集成法电子大赛的基本思路是系统集成 2 3电子电路设计的步骤 1 多拟定几个设计方案2 纯硬件电路的设计步骤3 软硬件结合电路的设计步骤 3 电子电路制作工艺 1 电子工程师必须重视电子制作工艺2 元器件的测试与筛选3 焊接工艺4 装配工艺5 PCB设计与制作工艺 1 用Protel99制作印制电路板的基本流程 2 PCB设计与制作的基本考虑 3 手工制作PCB 4 电子电路中的抗干扰与屏蔽接地 1 电子电路中的抗干扰措施 1 硬件抗干扰设计 2 软件抗干扰设计2 电子电路的电磁屏蔽技术 1 电磁屏蔽技术分类 2 屏蔽的注意事项3 电子电路的布线与接地技术 1 保护接地 2 信号地线 3 负载地线4 电子电路中的浮置 滤波 隔离技术 1 浮置 2 滤波 3 光电隔离 5 电子电路的调试与检测 1 电子电路的调试电源调试 单板调试 分机调试 主机调试 联调2 排除故障的常用方法 1 直观检查法 2 静态测量法 3 测电流法 4 在路电阻测量法 5 信号注入法 6 直流开路法 7 上 下 拉电平法3 正确处理几个关系 1 电路工作的充分必要条件 2 模拟电路和数字电路的关系 3 善于确定关键的测试点 二 常用模拟电路的设计 1 分立元件基本放大电路1 三极管放大电路 1 共射放大电路特点 放大倍数较高 输入阻抗和输出阻抗适中 输入输出反相 可用于前置级 中间级或末级 2 共集放大电路特点 也叫射极跟随器 驱动能力强 放大倍数 1 输入阻抗高 输出阻抗低 输入输出同相 可用作隔离 缓冲 输出级 3 共基放大电路特点 放大倍数中等 输入阻抗低和输出阻抗适中 输入输出同相 高频响应好 主要用于高频放大或宽带放大 2 场效应管放大电路特点 放大倍数低 输入阻抗高 抗干扰能力 噪音低 可用于前级放大 功率输出 三 三极管放大电路的设计 1 试设计一个三极管放大电路 带宽20Hz 20KHz 负载5 1K 放大倍数20 60倍 输入电阻约1 8K 输出电阻约2K 电源12V 设计思路 1 带宽20Hz 20KHz 可采用低频管9014 2 放大倍数20 60倍 可采用共射放大电路 共射放大电路的特点是放大倍数较高 输入阻抗和输出阻抗适中 输入输出反相 可用于前置级 中间级或末级 是最常用的基本放大电路 3 采用分压式共射放大电路 静态工作点稳定 对三极管要求低 三极管9014参数 9014是非常常见的晶体三极管 在收音机 功放机等各种放大电路中经常看到它 应用范围很广 它是NPN型低频小功率三极管 三极管9014参数 集电极最大耗散功率PCM 0 4W Tamb 25 集电极最大允许电流ICM 0 1A集电极基极击穿电压BVCBO 50V集电极发射极击穿电压BVCEO 45V发射极基极击穿电压BVEBO 5V集电极发射极饱和压降VCE sat 0 3V IC 100mA IB 5mA 基极发射极饱和压降VBE sat 1V IC 100mA IB 5mA 特征频率fT 150MHzHFE A 60 150 B 100 300 C 200 600 D 400 1000 UB 2VIC 2 5mAUCE 5 7VIB 25uAIR1 200uAAu 60Ri 1 84kRo 2K 若 300时IB 8 3uAAu 96Ri 2 87k 四 集成运算放大电路的设计 集成运算放大器 简称运放 是最基本的放大单元 它实际上是具有很高增益的直流放大器 运放一般由三极构成 第一级是差分输入级 第二级是中间增益级 第三级是输出级 运放的特点 虚短 虚断 输出为0 放大倍数 集成运算放大电路 1 反相比例放大电路2 同相比例放大电路3 反相求和电路 加法电路 4 差动比例电路 减法电路 5 仪用放大电路6 程控增益放大电路7 低频宽带放大器8 积分电路9 微分电路10 滤波器 1 反相比例放大电路 反相比例运放的特点 1 输出信号与输入信号反相 2 电压放大倍数由R1与Rf的比例决定 可以做得比较高 3 输入电阻较低 4 输出电阻较小 5 共模抑制比CMRR较好 2 同相比例放大电路 同相比例运放的特点 1 输出信号与输入信号同相 2 电压放大倍数由R1与Rf的比例决定 可以做得比较高 3 输入电阻高 4 输出电阻较小 5 共模抑制比CMRR较小 3 电压跟随器 同相器的特点 1 特性与同相比例运放相同 2 电压放大倍数为1 可做跟随器 缓冲器 作缓冲 隔离用 集成运算放大电路的设计 任务一 用万能板焊接 搭建一个放大器 指标要求如下 1 增益40dB 直流输入时 增益误差不大于0 1dB 2 输入0V时 输出电压漂移不大于10mV 3 输入阻抗 100k 4 放大带宽 DC 不低于50kHz 0 50KHz 说明 1 可以用实验电源提供正负12V电源供电 2 留出关键的测试点 输入 输出 中间某些关键点 以备测试 3 实验设计及记录 1 指标的论证 说明设计思路 如何达到指标 2 电路图 可以手画 3 各项测试方法及步骤 如何测各项指标 用什么仪器 怎么连接 步骤 4 测试结果及分析计算 原始数据 分析过程 结论 你的电路各项实际指标是多少 设计指标解读 1 增益40dB 也就是放大倍数100倍 直流输入时 增益误差不大于0 1dB 1 01158倍 也就是在输入直流电压时 误差小于等于0 01158 例如 输入直流电压为10mv时 输出电压应该为1000mV 11 58mV 988 42mV 1011 58mV 或者可以理解为误差范围40dB 0 1dB 98 855倍 101 158倍 即输入直流电压为10mv时 输出电压应该为 988 55mV 1011 58mV 增益要达到到40dB 必须要用两级放大电路 每级设计成20dB 即10倍 2 输入0V 也就是没有信号输入时 即放大器输入端接地 输出电压小于等于10mV 这要求用低输入失调电压的运放 比如OP07 OP37 NE5532等 3 输入阻抗 100k 要求输入阻抗很高 如果用三极管分立元件做的放大器 将很难达到这一要求 用场效应管放大电路或用同相输入比例放大的集成运放即可达到这个指标 反相输入比例放大输入电阻低 无法达到该项指标 所以选用OP07 OP37或NE5532运放 第一级设计成同相比例运放 4 放大带宽 DC 不低于50kHz 也就是频带宽度为0 50KHz 要达到50KHz的带宽 运放的单位增益带宽至少为500KHz 应该选用宽带运放OP07 单位增益带宽500KHz OP37 单位增益带宽40MHz 或NE5532 单位增益带宽10MHz OP07参数 Op07芯片是一种低噪声 非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路 由于OP07具有非常低的输入失调电压 对于OP07A最大为25 V 所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施 OP07同时具有输入偏置电流低 OP07A为 2nA 和开环增益高 对于OP07A为300V mV 的特点 这种低失调 高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面 OP07参数 主要特点 低输入失调电压 75uV 最大 低失调电压温漂 1 3uV 最大 低失调电压时漂 1 5uV 月 最大 低噪声 0 6uVP P 最大 宽输入电压范围 14V 宽电源电压范围 3V 18V 单位增益带宽 0 5MHz 集成运算放大电路的设计 OP37参数 Op37芯片与OP07芯片相似 但其各项指标性能均优于OP07 OP37具有非常低的输入失调电压 10nV OP37输入偏置电流为10nA 失调电流为7nA 开环增益1 8万倍 85dB 共模抑制比CMRR为126dB OP37参数 主要特点 低输入失调电压 10nV 最大 低失调电压温漂 0 2nV 最大 低失调电压时漂 0 2uV 月 最大 低噪声 80nVP P 最大 宽输入电压范围 12V 宽电源电压范围 3V 22V 单位增益带宽 63MHz NE5532参数 NE5532 SE5532 SA5532 NE5532A SE5532A SA5532A是一种双运放高性能低噪声运算放大器 相比多数标准运算