第6章 信号放大

1、第六章第六章 信号放大技术信号放大技术（一）集成运放的输入失调现象（一）集成运放的输入失调现象1.输入失调现象输入失调现象对集成运放的放大精度有重要影响，对集成运放的放大精度有重要影响，相关的参数有输入相关的参数有输入失调电压失调电压、输入、输入失调电流失调电流和和共模抑共模抑制比制比CMRR。2. 输入失调现象输入失调现象与集成运放输入级差分放大电路是否与集成运放输入级差分放大电路是否完全对称或平衡密切相关。当输入差模信号为零，差完全对称或平衡密切相关。当输入差模信号为零，差动输出不为零，这种现象就是运放的输入失调。动输出不为零，这种现象就是运放的输入失调。3. 其它要求对称的参数的失配同样

2、会影响差分放大电其它要求对称的参数的失配同样会影响差分放大电路抑制共模信号的能力，路抑制共模信号的能力，如从运放两个输入端看出去如从运放两个输入端看出去的信号源内阻抗（包括信号导线的阻抗）不平衡的信号源内阻抗（包括信号导线的阻抗）不平衡,就常就常常导致共模抑制性能远远达不到集成运放的共模抑制常导致共模抑制性能远远达不到集成运放的共模抑制性能。性能。（二）运放性能指标（二）运放性能指标-输入失调指标输入失调指标1.输入失调电压:为了纠正这种由参数不对称所造成的非零差动输出，可以在集成运放的两个输入端之间加上一个直流偏置电压，通过调整这个电压使得运放的输出为零，这个直流偏置电压就被称为输入失调电压

3、输入失调电压。反应该集成运放内部差分电路参数的不对称或不平衡程度。2.输入失调电压温漂:在规定的环境温度范围内，单位温度变化所引起的输入失调电压的变化量。3.输入失调电流:输入信号为零时，放大器两个输入端偏置电流之差即为输入失调电流。4.输入失调电流温漂:运算放大器在规定的温度范围内，单位温度变化所引起的输入失调电流变化量。差模电压增益差模电压增益-A0即开环差模电压增益：即开环差模电压增益：AOd=Uo/UIAo通常以通常以dB表示：表示：A0=20lgUo/UI(dB) 理想情况理想情况 Ao 为无穷大为无穷大,实际情况实际情况 Ao为为 100 140 dB。2. 共模抑制比共模抑制比-

4、CMRR运算放大器的差模电压增益与共模电压增益之比，即为共运算放大器的差模电压增益与共模电压增益之比，即为共模抑制比。模抑制比。CMRR一般用一般用dB来表示。来表示。 CMRR=20lgUod/Uoc(dB) 理想的理想的CMRR是无穷大的。当然，实际运放由于或多或少是无穷大的。当然，实际运放由于或多或少存在输入失调的问题，存在输入失调的问题，CMRR不可能无穷大，集成运放不可能无穷大，集成运放CMRR一般在一般在80dB-120dB，少数可达，少数可达140dB。（三）运放性能指标（三）运放性能指标-增益增益 集成运放的净输入电压等于输入电压，为保护集成运放的集成运放的净输入电压等于输入电

5、压，为保护集成运放的输入端，需加输入端限幅电路。保护运放内部的晶体管，防止输入端，需加输入端限幅电路。保护运放内部的晶体管，防止损坏。损坏。集成运放的净输入集成运放的净输入电压最大值为电压最大值为UD运放输入级保护电路运放输入级保护电路 输出限幅电路输出限幅电路 为适应负载对电压幅值的要求，输出端加限幅电路。为适应负载对电压幅值的要求，输出端加限幅电路。不可缺少！不可缺少！UOH UZ1 UOL UZ2OP07内部电路图内部电路图二、常用运算放大器二、常用运算放大器二、常用运算放大器二、常用运算放大器加法器加法器电流电流-电压变换器电压变换器积分器积分器差动放大电路差动放大电路n多点接地的地电

6、位差引起的共模分量UG 三、共模信号分析三、共模信号分析电容耦合造成共模信号电容耦合造成共模信号n静电场耦合引起共模电压仪表放大器仪表放大器仪表放大器：仪表放大器本身就是闭环的放大电路,很高的输入阻抗， 可以对差分信号的进行放大，习惯上称这种放大器为测量放大器。集成仪表放大器都具有一定的抑制共模输入的能力。选好、用好集成仪表放大器和集成差分放大器，需要理解最基本的三运放仪表放大器。仪用放大器结构仪用放大器结构3122(1)oiningURRUURR仪用放大器的由来（仪用放大器的由来（1）仪用放大器的由来（仪用放大器的由来（2）仪用放大器的由来（仪用放大器的由来（3）人体脉搏信号测量电路人体脉搏

7、信号测量电路 仪用放大器的应用仪用放大器的应用四、常用运算放大器及其性能特点四、常用运算放大器及其性能特点1. 通用运放通用运放典型器件典型器件：LM358（2路）路）,LM324（4路）路）LM324LM358特点特点：共模抑制比较高，开环增益大，驱动能力大，：共模抑制比较高，开环增益大，驱动能力大， 综合性能比较好综合性能比较好（1）单双电源供电：）单双电源供电：330V或或1.5V 15V（2）输入偏置电流：）输入偏置电流： 20nA（3）输入失调电流：）输入失调电流：2nA（4）直流开环增益：）直流开环增益：100dB（5）单位增益时工作频率大于）单位增益时工作频率大于1MHZ（6）驱

8、动电流可达）驱动电流可达10mALM358/LM324的性能特点：的性能特点：使用时应注意的事项：使用时应注意的事项：（1）信号输入）信号输入/输出的电压范围，正负不对称输出的电压范围，正负不对称单电源单电源：输入电压范围：输入电压范围-0.3VVCC-2V； 输出低电压输出低电压 5mV高电压高电压VCC-1.5V双电源双电源：输出：输出-VCCVCC-1.5V（2）单电压供电时，虚地电压可设在输出摆幅的中点附近）单电压供电时，虚地电压可设在输出摆幅的中点附近2 . 场效应运放场效应运放特点：特点：输入阻抗高大，输入偏置电流小，工作频率高，驱动能输入阻抗高大，输入偏置电流小，工作频率高，驱动

9、能力差，价格较高力差，价格较高 。 输出驱动能力通常比通用运放差，用于驱动输出时，不建议输出驱动能力通常比通用运放差，用于驱动输出时，不建议选用场效应运放选用场效应运放图图 作比较器用时作比较器用时CA3140CA3140与与TTLTTL逻辑逻辑的接口的接口典型器件典型器件有有TL081（1路）、路）、TL082（2路）、路）、TL084（4路）、路）、 CA3140/3140A（1）双电源供电：）双电源供电：4V 18V，建议不使用，建议不使用15V以上以上 输入电压范围：输入电压范围： 15V 输出电压范围：电源电压输出电压范围：电源电压1.5V,正负对称正负对称（2）输入偏置电流：极小，

10、不超过）输入偏置电流：极小，不超过1nA（3）工作频率较高：单增益可达）工作频率较高：单增益可达3MHZ（4）无输出驱动时，电源电流仅）无输出驱动时，电源电流仅1.4mATL081/082/084的性能特点：的性能特点：（1）单电源供电：）单电源供电：4V 36V，也可使用双电源，也可使用双电源 输入电压范围：输入电压范围： 单电源供电时，最低为负电源下单电源供电时，最低为负电源下0.5V（2）输入阻抗高达）输入阻抗高达1.5T（3）输入偏置电流仅为）输入偏置电流仅为10pACA3140/3140A的性能特点：的性能特点：可用作电压比较器可用作电压比较器3 低噪声低漂移运放低噪声低漂移运放特点

11、特点：高精度、低噪声、低漂移。多用做仪用放大器。：高精度、低噪声、低漂移。多用做仪用放大器。典型器件：典型器件：OP07/OP07/27/3727/37、0P1840P184单单/284/284双双/484/484四路四路4 宽频带运放宽频带运放典型器件典型器件：CA3140、OP27/37（8MHZ)频率频率一般在几一般在几MHz以上以上特点特点：对噪声、温度稳定性等指标要求不高。：对噪声、温度稳定性等指标要求不高。应用场合应用场合：信号源的工作频率较高：信号源的工作频率较高5 满摆输入、输出运放满摆输入、输出运放 典型典型器件：器件：OP184/284/484、 0P777单单/727双双

12、/747四路四路（1）在）在0.110HZ时，等效输入噪声电压仅为时，等效输入噪声电压仅为0.4uV（2）输出摆幅可达电源）输出摆幅可达电源-1mV+1mV（3）单电源供电时，满摆输出，最低工作电压可）单电源供电时，满摆输出，最低工作电压可低至低至2.7V特点特点：输入、输出信号的幅度可以接近甚至达：输入、输出信号的幅度可以接近甚至达到电源电压，节能，可工作于低电压。到电源电压，节能，可工作于低电压。0P777单单/727双双/747四路的特性四路的特性6 6 高输入阻抗集成运放高输入阻抗集成运放该类运放的输入阻抗一般为1071012M。兼有高速、宽带，低失调电流、低谐波失真及低噪声等特点。广泛用于高速积分、快速D/A、采样/保持电路及一般放大器中。常用的高输入阻抗运放有：L