课题集成运算放大器的设计PPT课件

1、第1页/共39页第2页/共39页第3页/共39页课题一课题一 集成运算放大电路集成运算放大电路 的设计与制作的设计与制作一、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第4页/共39页一、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。第5页/共39页1.2电子电

2、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。第6页/共39页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。第7页/共39页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

3、到用最少的、最节省的器件，实现电路的功能。第8页/共39页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”、现成的模块或组件第9页/共39页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。第10页/共39页2.3电子电路设计的步骤1、多拟定几个

4、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第11页/共39页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第12页/共39页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

5、）浮置（2）滤波（3）光电隔离第13页/共39页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第14页/共39页二、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

6、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。第15页/共39页三、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。第16页/共39页设计思路1）带宽20Hz20KHz,可采用低频管9014.2）放大倍数20-60倍，可采用

7、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。第17页/共39页三极管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。第18页/共39页三极管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

8、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=150MHz HFE： A=60150; B=100300; C=200600; D=4001000 第19页/共39页第20页/共39页UB=2VIC=2.5mAUCE=5.7VIB=25uAIR1=200uAAu=-60Ri=1.84kRo=2K若=300=300时IB=8.3uAAu=-96Ri=2.87k第21页/共39页四、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

9、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。第22页/共39页集成运算放大电路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、滤波器第23页/共39页1、反相比例放大电路第24页/共39页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。第2

10、5页/共39页2、同相比例放大电路第26页/共39页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。第27页/共39页3、电压跟随器第28页/共39页同相器的特点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。第29页/共39页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

11、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？）。第30页/共39页设计指标解读：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0.1 dB(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1

12、0mv时，输出电压应该为1000mV11.58mV(988.42mV1011.58mV)。或者可以理解为误差范围40dB0.1dB(98.855倍101.158倍)，即输入直流电压为10mv时，输出电压应该为(988.55mV1011.58mV)。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

13、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050KHz。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）。第31页/共39页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25V），所以OP07在很多

14、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。第32页/共39页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：0.6uV P-P(最大) 宽输入电压范围：14V 宽电源电压范围：3V18V 单位增益带宽：0.5MHz第33页/共39页集成运算放大电路的设计第34页/共39页OP37参数 Op37芯片与OP07芯片

15、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10 nA，失调电流为7nA。开环增益1.8万倍（85dB），共模抑制比CMRR为126dB。 第35页/共39页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：80nV P-P(最大) 宽输入电压范围：12V 宽电源电压范围：3V22V 单位增益带宽：63MHz第36页/共39页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。 相比多数标准运算放大器，如1458，它显示出更好的噪声性能