第3章 模拟电路设计

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第3章模拟电路设计

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3.1运算放大器的基本特性3.1.1运算放大器的基本特性

开环增益径直影响运算精度和很多特性指标，Ao愈大愈好。抱负运算放大器Ao为无穷大。

输入偏置电路IIB，表示了运放输入端正常工作时需提供的偏置电流，它的大小间接反映了运放芯片的输入电阻。IIB愈小，输入电阻愈大，芯片的温漂和运算精度愈高。抱负运放。

输入失调电压VIO反映了运放芯片本身输入级差分对管的对称程度，所以当VI=0时，VO≠0。为了

使，等效在输入端施加的补偿电压〔失调补偿调零电位器不起作用时〕即为VIO。愈小愈好，抱负运放VIO=0。

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运算放大器的基本特性

差模输入电阻rid指的是输入端加入差模信号时，运放芯片的输入呈现的电阻。rid愈大，意味着从信号源〔或前级电路〕提取的电能愈小，对信号源影响愈小。也就是rid对信号源而言，就相当于它的负载。抱负运放的rid为无穷大。

抱负运放输出电阻ro。抱负闭环电路ro=0，ro表征器件对负载的驱动技能。

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运算放大器的基本特性

带宽BW，又称单位增益带宽或增益带宽积。指的是当运放的闭环增益为1〔即0dB〕时的带宽。一般增益与带宽的乘积为一常数，故闭环增益愈高，实际运放电路的带宽愈小。运放的BW主要由芯片内部的器件与电路决断。抱负运放的BW为无穷大。

转换速率SR亦称“压摆率”，反映了运放对输入信号的响应速度，即输出信号对时间改变的斜率.

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运算放大器的基本特性

2．运算放大器的一个重

要特性—三“虚”

虚断

虚地

虚短

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3.1.2几类常用的运算放大器1.通用型运算放大器

通常型运放电特性一般，但价格低廉，典型代表有LM741、LM124/224/324〔单、双、四运放封装〕，其特性如表3.1.3和表3.1.2所示。其中单运放通常带有失调补偿调整端。此类运放常用于低价位电子产品

2.低失调、低漂移运算放大器

此类运放的电性能比通用型的要高，特别是失调电压要小得多，其代表有OP07/OP27/OP37，它们都是单运放封装，其特性参阅表3.1.2。此类运放常用在要求较高的电路。

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几类常用的运算放大器

3.低输入偏压电流运算放大器

此类运放芯片内部输入为MOS管，故很小，输入电阻很高。其代表有TL081/082/084、CA3140、AD594等。此类运放常用于高输入阻抗级。其中AD549由于超低的常用于微弱电流测量。

4.斩波稳零型运算放大器ICL7650

ICL7650采纳大规模集成工艺，输入级运用了MOSFET，输入电阻达1012Ω。电路采纳斩波自动稳零及调制与解调〔200Hz〕等措施，使小至1V，温度漂移也很小，应用时无须失调调整，非常方便。特别适用于微弱信号放大。

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几类常用的运算放大器

5.宽带运算放大器

这一类运放以AD8011、CF357等为代表，其

BW100MHz，在放大高频率信号时需要运用它们。THS4001270MHz

6.增益可编程运算放大器

图3.1.4为通过引脚可编程增益的运放PG103。通过A1、A0两引脚的掌握电平可使运放的增递分别为1、10、100。增益误差在G=10时为0.05%。失调电压的温度系数为2V/℃。它有8脚塑料DIP和SO-8两种封装形式。类似的还有AD8520等。

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增益可编程运算放大器

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3.2放大器设计

3.2.1负反馈电路

图3.2.2为基于运放的闭环负反馈电路的基本结构。它由开环增益为A0

的运放，反馈网络组成。图中箭头代表信号流向。抱负闭环增益仅取决

于反馈系数β，与运

放芯片、电源电压、

温度、信号参数等因

素无关。这就是闭环

负反馈运放大电路增

益稳定性高，能有效

改善波形失真、频率

特性的根本缘由。

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3.2.2基本放大电路

〔1〕反相输入放大电路

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〔2〕同相输入放大电路

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〔3〕差分输入放大电路

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3.2.3放大电路设计要点

1．单双电源运算放大器的选择

首先应依据输入信号的极性，选择单电源或双电源供电的运放。只有输入信号为单极性的正信号时才能运用单电源供电的运放。大多数运放均要求双电源供电才能正常工作，只有少数如LM324、LM358之类的运放允许单电源供电。

2．电源去耦

运放电源去耦是很有须要的，特别在系统总增益很高的前级电路，更是不可或缺。

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放大电路设计要点

3．弱信号放大的相关问题

从降低噪声，提高信噪比以利于弱信号放大的角度出发，需留意以下各点：o〔1〕选用低噪声的运算放大器

o〔2〕采纳噪声极微的分立元件FET对管构成前置差分放大电路

o〔3〕闭环负反馈电路采纳阻值较低的线绕电阻

o〔4〕利用选频、滤波等措施降低白噪声

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放大电路设计要点

4．宽带放大

当信号频率较高或被放大的是脉冲信号时，采纳高BW、高SR的运放显着是特别须要的。为获得足够的带宽，闭环增益不能设计得太高，一般应10。图

3.1.2充分说明白带宽与闭环增益的冲突。需要留意的是信号的带宽应明显低于闭环带宽。

5．放大器反馈回路电阻阻值的选择

从减小热噪声的角度，反馈回路电阻的阻值要尽量小一些。但阻值过小会使反相输入放大电路的输入电阻降低。通常以千欧数量级采纳较多。

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放大电路设计要点

6．运算放大器的爱护措施

图3.2.10运放的爱护电路

图3.2.11运放输出电压限幅电路

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放大电路设计要点

7．失调电压的补

偿

由于失调电压的存

在，使运放的零点不

为零。LM741之类运放

本身带有补偿端，可

按图3.1.1〔b〕外接

电位器W调整之。对于

无调零端的运放可以

采纳图3.2.12电路来

进行失调补偿。图3.2.12

运放的外加调零电路

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放大电路设计要点

8．扩展输出电流与扩展输出电压

9．留意运放的稳定性

10．优良的工艺是放大器质量的保证

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3.2.4运算放大器的参数对放大器性能的影响工程上设计一个放大器往往是以抱负运