集成芯片-第3章运算放大器.ppt

第三章放大器 2011年9月 内容 一 运算放大器基础二 高精度运算放大器LMP2011三 低漂移放大电路ICL7650四 低功耗仪器放大器INA102五 可编程仪器放大器PGA103六 隔离放大器ISO100 一 运算放大器基础 运算放大器基本组成运算放大器符号运算放大器等效电路和传输特性运算放大器主要参数放大电路的基本形式运算放大器类型 甲乙类互补对称功率放大电路 运算放大器基本组成 高放大倍数差动输入直流放大器 运算放大器符号 常用符号 国家标准符号 741管脚 运算放大器等效电路和传输特性 等效电路 传输特性 运算放大器主要参数 1 输入失调电压UIO 使UO 0 输入端施加的补偿电压一般mV数量级 高精度 V数量级温度漂移 数十 V 度 高精度 1 V 度以下失调电压易消除 但温度漂移不能直接消除 应该选用低失调和低温度漂移的器件和采用斩波稳零放大器 2 输入偏置电流IIB UO 0时 双极性晶体管输入10nA 1 A 场效应晶体管输入一般小于1nA当输入偏置电流较大或需要高精度直流放大器时 两个输入端电阻要匹配 运算放大器主要参数 电阻如何匹配 3 输入失调电流IIO UO 0时 1nA 0 1 A失调电流易消除 但温度漂移不能直接消除 应该选用低失调和低温度漂移的器件和采用斩波稳零放大器 运算放大器主要参数 4 开环电压增益Aud 100 140dB 运算放大器主要参数 5 差模输入电阻Rid 输出电阻Ro 电阻 电容 双极型 几十千欧 几兆欧 场效应管 一般大于1000兆欧 几十欧 几百欧 6 共模抑制比KCMR 80dB 线性区域 运算放大器主要参数 7 最大差模输入电压UIdM 当UId过大时 反偏的PN结可能因反压过大而被击穿 8 最大共模输入电压UICM 9 最大输出电压幅度UOPP 特定负载下 输出的最大电压幅度轨 轨运算放大器UOPP近似为电源电压 当共模抑制比变坏时 运算放大器主要参数 10 开环带宽SW 当开环电压增益下降3dB时 对应信号的频率一般几十KHz 11 单位增益带宽GB 当闭环电压增益为1时 加入正弦小信号 闭环电压增益下降到0 707 对应信号的频率 12 转换速率电压摆率SR 当额定负载下 加入阶跃大信号 输出电压最大变化速率 运算放大器主要参数 13 等效输入噪声电压UN 输出噪声电压等效到输入端一般有效值10 20 V 放大电路的基本形式 同相放大器 输入阻抗高 输出阻抗小可用于阻抗变换 隔离 交流放大器 电压跟随器 放大电路的基本形式 反相放大器 高频放大器 低频放大器 放大电路的基本形式 差动放大器 去共模干扰 影响共模抑制比主要因素 匹配精度 放大器共模抑制比 开环增益 输入阻抗等 放大电路的基本形式 运算放大器一定存在虚短和虚断 虚短 虚断 u u 0 i i 0 放大电路的基本形式 虚短和虚断 线性和非线性 运算放大器类型 低噪声运算放大器精密运算放大器高CMRR运算放大器高输入阻抗运算放大器高速运算放大器宽带运算放大器低功耗运算放大器大功率运算放大器轨 轨运算放大器斩波稳零运算放大器仪用放大器可编程放大器隔离放大器单电源和双电源单运放 双运放和四运放 主要应用领域 工业设备 医疗 汽车电子PrecisioninstrumentationamplifiersThermocoupleamplifiersStraingaugebridgeamplifier HighPrecision Rail to RailOutputOperationalAmplifier 二 高精度运算放大器LMP2011 LMP2011 特点 LMP2011 管脚及工作参数 LMP2011应用 热电阻测量温度 注意 电源电压放大倍数接法各个放大器作用 LMP2011应用 应变电桥放大器 放大倍数 增益调R3 低失调和漂移CMRR大于108dB 决定于电阻匹配 注意 电源电压放大倍数 作业 接法各个放大器作用电阻选择 美国国家半导体公司 高精度放大器产品 TI公司 三 斩波稳零运算放大器ICL7650 引言斩波稳零运算放大器ICL7650原理ICL7650特性ICL7650典型应用 引言 在微弱信号的测量中 常常需要放大微伏级的电信号 普通的运算放大器的输入失调电压一般在数百微伏以上 而失调电压的温度系数在零点几微伏以上 输入失调电压可以被调零 漂移难以消除 失调电压及其漂移 共模电压 低频噪声 电源电压变化等对运算放大器的影响被降低到最小 斩波稳零运算放大器 ICL7650原理 SUPERCHOPPER STABILIZEDOPERATIONALAMPLIFIER 误差检测和寄存 校零和放大 ICL7650原理说明 主放大器 它与一般的运算放大器不同之处在于 它有三个输入端 除引出芯片外部的同相和反相输入端外 其在芯片内部还有一个用于校零的同相输入端 校零放大器 它也有三个输入端 但与主放大器相反 在芯片内部的输入端是反相输入端 时钟和开关电路 内部时钟产生时钟信号 控制各开关按一定的时序闭合与断开 200Hz补偿网络 它使电路在较宽的频带内有平坦的响应 箝位电路 CLAMP 它实际上是一个当输出与电源电压相差接近1V时动作的开关 把CLAMP与运放的反相输入端短接 则其引入的深度负反馈可使电路在过载时的增益大大下降以防止饱和 它可以加速电路在过载后的恢复 ICL7650特性 管脚 典型应用 两个记忆电容CXA和CXB必须使用绝缘电阻很高的优质电容器 例如 聚酯薄膜电容器 聚苯乙烯电容器 聚丙烯电容器等容量可以从0 1 F至1 F中选择 高精度放大器 往往在输入电压为微伏量级的情况下高增益工作 要保证放大器的精度 负反馈电阻必须有足够的精度 且电路的闭环增益不能太大 提高印制板的质量 防止印板表面的漏电流 为此 可在印制板上设置保护环 尤其是14引脚和20引脚的芯片 可以充分利用输入端周围的空脚 构造保护环 ICL7650 热电偶测温电路 E T 0 E T t0 E t0 0 冷端补偿 热电偶 电压平移 放大器 零点放大倍数调整 273 1533 氦气的制冷机可以达到零下271度273 K 0 c 四 低功耗仪器放大器INA102 Low Noise 低功耗仪器放大器INA102 内部电路 低功耗仪器放大器INA102 基本连接 低功耗仪器放大器INA102 外部电阻增益调节 低功耗仪器放大器INA102 电桥放大 低功耗仪器放大器INA102 心电前置放大 XTR110 VTOI介绍 电流 电压 电压 电流 要求 低功耗仪器放大器INA102 V I XTR110 VTOI介绍 改变输出电流 低功耗仪器放大器INA102 V I 电桥到4MA 20MA转换 低功耗仪器放大器INA102 V I 五 可编程仪器放大器PGA103 功能高共模电压环境下的小信号测量 对被测对象和数据采集系统予以隔离 提高共模抑制比 抗干扰低漂移电机控制保护电子仪器设备人身安全分类按耦合方式不同 分为变压器耦合 电容耦合和光电耦合采用变压器耦合的隔离放大器有 采用电容耦合的隔离放大器有 采用光电耦合的隔离放大器有 惠普公司 内置 变换器 三端隔离 三端隔离 六 隔离放大器ISO100 光电隔离放大器ISO100 原理图 smallsize lowoffsetanddrift widebandwidth ultralowleakage andlowcost ISO100 特性 ISO100 单极性输入 Attention Acurrentmorenegativethan20nAis