放大器基本原理及应用.ppt

1、放大器基本原理、设计及应用,郑恭明长江大学电信学院,创新实验室培训之,Contents,原 理,1,基 本 应 用,2,宽 带 放 大 器,3,注 意 事 项,4,放大器原理,运算放大器是目前应用最广泛的一种器件，虽然各中不同的运放结构不同，但对于外部电路而言，其特性都是一样的。运算放大器一般由 4 个部分组成，偏置电路，输入级，中间级，输出级，其中输入级一般是采用差动放大电路（抑制电源），中间级一般采用有源负载的共射负载电路（提高放大倍数），输出级一般采用互补对称输出级电路（提高电路驱动负载的能力）。,分类,按照功能/性能分类，模拟运算放大器一般可分为通用运放、低功耗运放、精密运放、高输入阻

2、抗运放、高速运放、宽带运放、高压运放，另外还有一些特殊运放，例如电流运放、电压跟随器等等。实际上由于为了满足应用需要，运放种类极多。 竞赛涉及的主要是：通用运放、输入阻抗运放、高速宽带运放和程控运放。,5,1.如何选择运算放大器的类型和型号,三.关于放大器的几点说明,虚短,由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在 80 dB 以上。而运放的输出电压是有限的，一般在 10 V14 V。因此运放的差模输入电压不足1 mV，两输入端近似等电位，相当于 “短路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。 “虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为

3、等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。,虚断,由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1M 以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1uA，远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。 “虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性 称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。,放大器,加减法器,比较器,跟随器,电压跟随器作用：为了匹配功率或者阻抗采用的方法。 比如输入信号虽然幅度够，但是带负载能力差，为了能有效驱动负载，就得加一级跟随。 这个跟随也用来隔离

4、后级对前级造成的干扰。,12,正确理解集成运算放大器的指标参数-选择运放的依据,影响“精度”的指标,1. 输入失调电压VOS (Input offset Voltage),2. 输入失调电流IOS(Input offset Current),4. 开环增益,5. 共模抑制比CMRR (Common Mode Rejection Ratio),6. 电源抑制比PSRR (Power Supply Rejection Ration),影响“速度”的指标,7. -3dB带宽BW,(-3 dB Bandwidth)和单位增益带宽,8. 建立时间,10 总谐波失真加噪声(THD+N)(Total Har

5、monic Distortion Plus Noise),9. 压摆率SR (Slew Rate),3. 输入偏置电流IB（Input Bias Current）,13,14,15,16,2.电压反馈运算放大器及电流反馈运算放大器,电压反馈运算放大器VFA（Voltage Feedback Operatioval Amplifier） 电流反馈运算放大器CFA（Carrent Fecdback Operatioual Amplifier）,电压模运放（Voltage Mode op Amp ，,电流模运放（Carrent Mode op Amp）,电流反馈运算放大器的原理及特点 电流反馈运算放

6、大器具有高速、宽带特性，压摆率SR,，带宽可达,而且，在一定条件下， 具有与闭环增益无关的近似恒定带宽。 由于其优越的宽带特性，在视频处理系统、 同轴电缆驱动放大器等领域得到广泛应用。,；,17,18,看出,RF越小, 频带越宽。但是另一方面, RF越小, 稳定性越差。 所以RF不能无限制地小, 一般要大于200。 为此, 电流模运放接成跟随器时RF不能为零。,20,3.“轨对轨”（Rail to Rail）运算放大器,“轨”(Rail)指”电源轨”,21,4.双电源运放和单电源运放,单电源供电,23,滤波器设计,24,高精度、低噪声、低漂移集成运算放大器,5.如何查手册,25,26,例,放大

7、器设计的注意事项,电压要稳定：参考电压、控制电压 输入阻抗小：前级加跟随器 器件在一点接地 外部器件尽量靠近运放,宽带放大器设计,2010年TI杯模拟电子系统专题邀请赛试题 宽带放大器（A题） 一、任务 设计制作一个5V单电源供电的宽带低噪声放大器，输出为50阻性负载。 二、要求 1基本要求 （1）限定采用高速运算放大器OPA820ID作为第一级放大电路，THS3091D作为末级放大电路，利用DC-DC变换器TPS61087DRC为末级放大电路供电； （2）放大器电压增益40dB(100倍)，并尽量减小带内波动； （3）在最大增益下，放大器下限截止频率不高于20Hz，上限截止频率不低于5MHz

8、； （4）在输出负载上，放大器最大不失真输出电压峰峰值10V。 2发挥部分 （1）在达到40dB电压增益的基础上，提高放大器上限截止频率，使之不低于10MHz； （2）尽可能降低放大器的输出噪声； （3）放大器输入为正弦波时，可测量并数字显示放大器输出电压的峰峰值和有效值，输出电压（峰峰值）测量范围为0.510V，测量相对误差小于5%； （4）其他。,OPA842三级1000倍放大电路,OPA842三级1000倍放大电路,宽带运放设计抗干扰措施,在进行高频小信号的放大的时候，频带比较宽，当电路工作于较高的频带时很容易引起自激等不良现象，因此要采部分与模拟电路部分隔离；取各种抗干扰措施。本设计抗干扰主要措施如下：第一，在电路布线是应尽可能使数字电路部分与模拟电路部分隔离； 第二，信号传输屏蔽，信号之间尽量用焊接法，减少用夹子夹或是插拔接头，信号传输使用同轴线，接头使用SMA 接头； 第三，整个系统除信号输入、输出接口外