当前位置:首页 > 运算放大器
  • 一个简单的三角形符号到底意味着什么?

    一个简单的三角形符号到底意味着什么?

    符号是有助于还是妨碍我们思考设计? 符号很重要,但如果一个符号可以表示多种东西呢? 正如我们将看到的那样,这可能会造成问题。在模拟世界中,三角形可以表示运算放大器、比较器或仪表放大器。您可以使用其中之一实现另一个的功能,但系统性能将不是最佳的。本文将讨论其区别以及需要注意的地方,以便我们设计的时候能绕开麻烦。我们将看到,在某些情况下,您根本不想尝试使用错误类型的器件进行设计。 查看图1,哪个三角形表示运算放大器?哪个三角形表示比较器?哪个三角形表示仪表放大器?答案: 它们都是! 图1.运算放大器、仪表放大器和比较器。 那么,它们有何区别,我们为什么要关注?从表1可知,某些特性有很大差别,但它们对电路和系统意味着什么? 表1.运算放大器、比较器和仪表放大器的比较 我们来看看大家是如何陷入困境的…… 反馈 运算放大器具有巨大的增益。学校老师教导我们,开始分析时,两个输入之差等于零。但在现实生活中,这是不可能的。如果开环增益为一百万,那么要在输出上获得5 V,输入上须有5 μV。为使电路可用,我们需要施加反馈,当输出要变得过高时,控制信号会反馈到输入,抵消原始激励——例如负反馈。当用作比较器时,如果没有反馈,输出将直接冲到一个轨或另一个轨。如果是正反馈,输出将在同一方向上被驱动到更远。因此,运算放大器需要负反馈。实际上,当某些运算放大器用作无反馈的比较器时,电源电流可能比数据手册上的最大值高5至10倍1。 但是,对于比较器来说,正反馈才是我们需要的。在没有反馈的情况下,如果比较器的一个输入缓慢超过另一输入的电平,输出将开始缓慢变化。如果系统中存在噪声,例如接地反弹,输出可能会反转,这在控制系统中当然是不希望发生的。但随后它开始回头,产生振荡行为,有时称之为震颤(参见 MT-0832中的图5)。Reza Moghimi的文章“通过迟滞根除比较器的不稳定性”充分介绍了添加正反馈(也称为迟滞)的好处3。 图2.经典三运放仪表放大器 对于仪表放大器,反馈已在内部,添加反馈只会产生不精确的增益。图2显示了一种利用运算放大器构建仪表放大器的典型方法。 注意:每个运放都有反馈。我们从使用标准负反馈图(见图3)开始,仪表放大器为G,期望增益为10,这意味着反馈系数为0.1。接下来,选择仪表放大器固定增益为100。使用式1,实际的闭环增益将为9.09,几乎有10%的误差。因此,将仪表放大器用作运算放大器并为其添加反馈是没有意义的。 图3.经典反馈原理图 运算放大器需要负反馈;比较器需要正反馈;仪表放大器不需要任何反馈。 开环和闭环增益 对于运算放大器,参见式1,开环增益(AVOL)越高,闭环增益将越精确。大多数运算放大器的开环增益在100,000至1000万之间,但某些较早的高速运算放大器可能低至3000。如前所述,开环增益越高,闭环增益误差越小。 对于比较器,如果输出的逻辑摆幅为3 V,并且您需要1 mV阈值,则最小增益须为3000。较高的增益将使不确定性窗口变小,但如果增益过高,微伏级的噪声就会触发比较器。 对于仪表放大器,开环增益的概念并不适用。 输入电容 电路中常常会添加电容以限制带宽。检查图4,乍看之下R1和C1似乎构成了一个低通滤波器。这行不通,可能导致振荡。反相放大器的反馈系数为R2/R1,但在图4中,反馈系数为R2/(R1 // Xc)。随着频率提高,反馈系数也会提高,因此噪声增益以+20 dB/10倍频程的速率上升,而运算放大器开环增益以–20 dB/10倍频程的速率下降。它们在40 dB处交叉,根据控制系统理论,这肯定会产生振荡。限制电路带宽的正确方法是在R2两端放置电容。 图4.尝试减少运算放大器带宽 比较器通常没有负反馈网络,因此图5中比较器前面的简单R和C构成的低通滤波器效果很好。RHYS 应比R7大得多,两者分割输出摆幅以提供少量的正反馈(迟滞)。如果比较器有内置迟滞,例如LTC6752或ADCMP391,则不使用R7和RHYS 。 图5.具有LPF和迟滞的比较器 对于仪表放大器,输入端放置电容是完全可以接受的,如图6中的C4所示。ADI公司仪器仪表指南4第5章中的图形显示了每次使用仪表放大器时都要做的一件好事情。如果用适当的走线和焊盘对印刷电路板进行布局,以允许添加两个电阻和三个电容,那么可以从0Ω电阻和无电容开始,测量系统性能。通过调整五个元件的值,可以单独设置共模滚降和正常模式滚降(详情参见指南)。 图6.RFI滤波器前置于仪表放大器 输出 运算放大器或仪表放大器的输出会从接近一个轨摆动到另一个轨。根据输出级是使用共射极还是共源极配置,输出可能达到任一供电轨的25 mV至200 mV范围内。这被视为轨到轨输出。如果运算放大器由+15 V和–15 V供电,则不便于与数字电路接口。一种糟糕的解决方案是在输出端放置二极管箝位,以保护数字输入免受损坏。但取而代之的是,运算放大器因电流过高而损坏。运算放大器与数字逻辑接口有更复杂的方法,但何必那么麻烦?只需使用比较器即可。 比较器可以有CMOS图腾柱输出,或者有NPN或NMOS开集或开漏输出。虽然开集或开漏输出需要一个上拉电阻,导致上升和下降时间不等,但它有如下优点:比较器采用一个电压(如5 V)供电,并在其他电压(如3.3 V)下与逻辑接口。 重要规格 运算放大器需要一个高于最高信号频率的增益带宽,以使闭环误差保持较低水平。查看式1,我们知道增益带宽应为最高信号频率的10至100倍。如前所述,从式1中可以看出,AVOL 是频率的函数,会影响闭环精度。相位裕量也很重要,它会随容性负载而变化,因此规格表应清楚说明测试条件。为了确保直流精度,失调电压应较低。对于经过调整的双极性运算放大器,25 μV至100 μV比较好;对于FET输入运算放大器,200 μV至500 μV比较好。自稳零/斩波/零漂移运算放大器几乎总是低于20 μV(最大值),这是就整个温度范围而言的。请查阅一些典型运算放大器的数据手册,如ADA4077、ADA4084、ADA4622或ADA4522。 传输延迟是比较器的关键规格。运算放大器在过驱时会变慢,比较器与之不同,当过驱时会变快。规格表有时会提供少量过驱(例如5 mV)下的传输延迟,以及50 mV甚至100 mV的较大过驱下的不同传输延迟。 仪表放大器最重要的指标是共模抑制比(CMRR),因为应用需要提取一个位于大共模电压之上的非常小的差模信号。像许多规格一样,此规格随频率而变化,有时还会列出直流CMRR或非常低频率下的CMRR。通常会提供CMRR与频率的关系图。例如,当检测H桥电机驱动器中的电流时,此图将非常重要,如图7所示。 这可能是仪表放大器最困难的应用,因为共模电压从一个轨附近变到接近另一个轨,并且电流迅速反向。增益带宽和压摆率都很重要。 编程 这里的编程并不意味着编写代码,它是指配置器件以满足系统要求(尽管某些仪表放大器确实有通过SPI端口和寄存器进行传统软件编程的功能)。 运算放大器需配置为负反馈。这可以是纯阻性元件,但通常将电阻与电容并联使用以限制带宽。这样有助于提高信噪比,因为噪声会在整个范围内积分,哪怕我们仅使用其中一部分。也可以只使用电容,获得一个积分器或微分器。 比较器应始终有一点正反馈,以确保一旦输入迫使输出移动,输出就会强化移动(参见图4和图5)。图片和计算参见MT-083。一些比较器具有内部迟滞,但如果需要,通常可以增加更多迟滞。一些具有内部迟滞的比较器有一个引脚用来添加一个电阻,以改变其迟滞量。 运算放大器可以用作比较器,但这并不理想,有一些事项要注意。您必须是一个很好的模拟设计人员才能很好地做到这一点。MT-083介绍了一些注意事项,讨论其利弊的相关文章有很多。如果您不惧危险,可以查阅参考资料。 图7.具有高共模摆幅的双向电流检测 比较器几乎总是用电阻进行编程。您可以添加一个高阻值电阻来提供一点正反馈,也可以使用一个电容来提供交流反馈以避免增加直流迟滞。一些比较器具有内置迟滞,但这同样可以通过增加少量正反馈来提高。 最后注意事项 尝试将运算放大器用作比较器时,会有微妙的事情发生。有不少低噪声双极性运算放大器的输入之间具有反并联二极管。大多数比较器的输入共模范围占总范围的80%或更多。但是,某些低噪声双极性运算放大器的输入之间有一个或两个串联二极管。这是为了防止输入级与发射极基极结之一形成齐纳效应,导致噪声性能随时间推移而降低。 在一个3.3 V系统中,如果将5 V运算放大器用作比较器,电源良好指示器的阈值电平为3 V,那么会出现一个输入为3 V而另一个输入为0 V的问题,因为这些二极管限制了运算放大器输入端允许的最大差分电压。 总结 对于许多应用,运算放大器的选择取决于用户是注重直流精度、交流精度、输入失调电压、增益带宽还是电源电压。到2020年,有超过700款器件可供选择。比较器的关键参数通常是传输延迟和电源电压。选择起来比较容易,共有122款器件可供选择。仪表放大器的主要标准是CMRR与频率的关系,但在DC附近,失调电压和增益精度也很重要。由于仪表放大器是专用的器件,因此“只有”63款可供选择。 只有选择正确的器件,才能实现未来若干年内无故障且可以大批量生产的产品和设计。 参考文献 1 Harry Holt。“运算放大器的“最大电源电流”规格”。ADI公司,2011年11月。 2 MT-083教程:“比较器”。ADI公司,2009年。 3 Reza Moghimi。“通过迟滞根除比较器的不稳定性”。《模拟对话》,第34卷第7期,2000年11月。 4 《仪表放大器应用工程师指南》,第3版 。ADI公司,2006年。

    时间:2021-04-19 关键词: 运算放大器 电容 编程

  • 运放选型的15个常见技术指标

    定义:在运放开环使用时, 加载在两个输入端之间的直流电压使得放大器直流输出电压为 0。 优劣范围:1µV 以下,属于极优秀的。100µV 以下的属于较好的。最大的有几十mV。 对策: 选择 VOS远小于被测直流量的放大器, 过运放的调零措施消除这个影响 如果你仅关心被测信号中的交变成分,你可以在输入端和输出端增加交流耦合电路,将其消除。 如果 IB1=IB2,那么选择 R1=R2//RF,可以使电流形成的失调电压会消失,但实际中IB1=IB2很难满足。 2 失调电压漂移 定义: 当温度变化(µV/°C)、时间持续(µV/MO)、供电电压(µV/V)等自变量变化时, 输入失调电压会发生变化。 后果:很严重。因为它不能被调零端调零,即便调零完成,它还会带来新的失调。 对策: 第一, 就是选择高稳定性,也就是上述漂移系数较小的运放。 第二,有些运放具有自归零技术,它能不断地测量失调并在处理信号过程中把当前失调电压减掉。 第一,当用放大器接成跨阻放大测量外部微小电流时,过大的输入偏置电流会分掉被测电流,使测量失准。 第二,当放大器输入端通过一个电阻接地时,这个电流将在电阻上产生不期望的输入电压。 对策:为避免输入偏置电流对放大电路的影响,最主要的措施是选择 IB较小的放大器。 6 输入电压范围 定义:保证运算放大器正常工作的最大输入电压范围。也称为共模输入电压范围。 运算放大器在单端输入使用时,不存在这个概念。只有把运放接成类似于减法器形式,使得运放电路具备两个可变的输入端时,此指标才会发挥作用。 影响因素:一是运放本身的共模抑制比,二是对称电路中各个电阻的一致性。 开环电压增益是指放大器在闭环工作时,实际输出除以运放正负输入端之间的压差,类似于运放开环工作——其实运放是不能开环工作的。AVO 随频率升高而降低。 11 带宽指标 与带宽相关的指标主要有四项: 单位增益带宽(Unity Gain-bandwidth, UGBW) 定义:增益带宽积(Gain Bandwidth Product, GBP 或者 GBW) -3dB 带宽 满功率带宽(Full Power Bandwidth) 12 全谐波失真 衡量一个时域波形与标准正弦波的差异程度的量。也被用于衡量一个放大器的保真程度。谐波是有规律的,在频域中仅出现在指定频点。放大器的失真度指标,有时也用 HD2、 HD3 表征。 放大器的失真度指标,与很多因素相关,最为显著的有五个:第一是输入信号频率,第二是输出信号幅度,第三是放大电路闭环增益,第四是输出带载大小,第五是供电电压。 一般来说, SR 越大的,建立时间更小。 15 热阻 定义:是导热体阻止热量散失程度的描述。有以下常用的两种: θJA,是指芯片热源结(Junction)与芯片周围环境(Ambient)(一般为空气)的热阻。 θJC,是指芯片热源结(Junction)与芯片管壳(Case)的热阻。 输入阻抗为∞,开环放大倍数为∞,共模抑制比为∞,带宽为∞,压摆率为∞,输出阻抗为无穷小,差模输入电压为0,输入电流为0,失调电压,失调电流均为0。 两个重要特性: 虚短:正负输入端电压相等 虚短:正负输入端电流为0 免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

    时间:2021-03-31 关键词: 运算放大器

  • 运算放大电路该如何表征噪声?

    即使是考虑到运放所有的已知及未知阻抗负载,运算放大器的输出中始终含有无法基于输入信号和完全已知的闭环传递函数进行预测的信号。这种不确定信号被称为噪声。 导致噪声产生的因素可能是放大器电路本身,可能是其反馈环路中使用的元件,也可能是电源;噪声也可能从附近(或较远的地方)的噪声源藕合或感应至输入、输出、地回路或测量电路之中的。 无疑,我们对噪声的关注程度取决于两点: 电路在目标频段所要达到的分辨率; 避免噪声转移至非直接相关频段。 由于运算放大器多用作前置放大器和高精度信号处理器,运算放大器电路的精度日益受到关注。所以今天我们就谈谈【噪声与运算放大器电路】。 从噪声角度来看,运算放大器具有独特的优势,完全适用于低压和高精度电路,因为: 可以选择特定的放大器传递函数,使其仅允许目标频段通过。 可以从具有不同噪声特性的众多型号中选择适应具体需要的放大器,以便在目标频段内获得近乎理想的特性。 如果噪声源已知且经过正确评估,则可预测各种放大器电路的噪声情况并达到足够的精度,从而为初步的手工设计提供依据,并具有一定的成功验证的可能性。 基本模型一一电压噪声与电流噪声 可将差分运算放大器视为理想的无噪声放大器,其噪声电流源位于各输入引脚与共模地之间,噪声电压源实际与某一侧输入引脚串联。该模型与失调分析2中用到的EOS一Ibias模型非常类似,这不足为奇,因为可将EOS和Ibias视为直流噪声源,可按时间、温度等参数进行调制。 图1.电压与电流噪声模型 在多数实际应用中,可将噪声电压源和噪声电流源视为彼此独立的。如果暂时忽略电路和放大器的动态范围因素,就如EOS和Ibias一样,噪声的瞬时电压分量可通过低阻抗、高增益电路进行测量(图2),而瞬时电流分量则可在一个很大(理想地“无噪声的”)电阻中进行测量。如果en与in之间无交互作用,则噪声电压测量输出将与(1 + R2/R1)成比例,而噪声电流测量输出则仅与R2成比例。 请注意,这两类噪声的瞬时和(出现于放大器输出端)为 且在以下等式成立时,en和in的相对噪声贡献相等 即条件为 : R2和R1的并联等于en与in之比。当阻抗水平高于en/in时,电流噪声占据主导。en和in均方根值之比有时被称为放大器在既定带宽下的“特征噪声电阻”,在选择与既定阻抗相匹配的放大器时可当作实用的品质因素,反之亦然。 图2.  en和in的基本测量法 (窄带和点噪声测量中需使用滤波器) 在已知电压和阻抗的情况下,可将从外部源藕合至放大器输入引脚的噪声视为附加性的电压信号,或当这种信号的产生取决于放大器的某种测量方式时,也可视为附加性电流信号,简示为图3。 图3.内部和外部噪声源的贡献 噪声增益与信号增益 图4所示为一种反相放大器的基本反馈模型,其中含有数个阻性输入引脚。对于较大的环路增益值(Aβ),电压噪声的噪声增益实际为1/β。 图4.电压与电流噪声模型 如果Aβ不是远高于单位增益,则可使用以下更精确的表达式 相对应的电流噪声表达式为 需要注意的是,对于无源反馈元件,1/β不会小于单位增益值,而且对于任意输入信号,该值也大于闭环增益。因此,即使信号增益小于单位增益,或者信号带宽较窄,但en的总频谱将出现在输出端,其值至少等于单位增益。 同时需要注意,一般情况下,当A和β均为动态表达式时,如果环路增益的相移一定程度上高于900,则放大器在接近Aβ=1时的频率范围处于欠阻尼状态,则该频率下的噪声增益的峰值可能高于单位增益很多,尽管信号增益在较低的频率时就会平滑滚降。图5为一种简单明了、易于理解的示例。 图 5.噪声带宽与信号带宽 如何表征噪声 周期性重复噪声可基于重现率、波形和幅度进行描写(如斩波器噪声)。不规则噪声则只能通过其波形和幅度进行描写,因为其变化无规律可言(在某种程度上来说,爆米花噪声属于此类)。无重复性波形的非周期性噪声一般通过其统计特性进行描述:均方根值、峰值和频率成分。 均方根值。多数随机噪声都存在以下特性:如果求平均值间隔较长,结果得到的均方根值具有较大的可重复性。因此,以均值法基于较长间隔求得的目标带宽均方根值,是确定这类随机噪声特性行之有效的方式。目前为止,这是厂商和客户都比较接受的估计噪声各因素的最简便方式。电压均方根值定义如下 其中 Erms=均方根电压值 T=观测时间间隔 e=瞬时噪声电压 其中参数替换为瞬时电流值 i,则得到 Irms,即均方根电流值。进行均方根测量时,必须使用“真均方根”计量仪,也可将交流平均值(正弦波均方根校准型计量仪)的读数乘以因数1.13。 峰值。噪声也可表征为任意间隔观察到的最大正幅度与最大负幅度之差。在某些应用中,当峰峰值噪声可能限制系统性能时,可能需要采用峰峰测量法。 然而,从实用角度来看,由于噪声幅度分布呈高斯分布,因此最高噪声幅度的概率最低(但不为零),难以重复测得峰峰值噪声。由于均方根值容易重复测得,而且是噪声数据公认的、最常用的表示方式,因此可利用下表估算在给定均方根的情况下,超过各种峰值的概率。 一般观测到的峰峰噪声值在3 x RMS与8 x RMS之间,取决于观测者的耐心及可用数据量。在较高的强度下才能观测到示波器的踪迹,然而由于大量平均求值运算是在低强度完成,此时将产生一个较为接近均方根值的结果。另外,市场上用于自动测量这类参数的峰值幅度分布分析仪也日益增多。 干扰噪声与固有噪声 既定电路的噪声可分为两个基本类别,即干扰噪声(指自电路外部拾取的噪声)和固有噪声(指电路内部产生的噪声)。 干扰噪声可能具有周期性,可能不规则重复,也可能完全随机,通过以下预防措施,往往可以大幅减少(或防止)这类噪声。比如,采取预防措施针对由电源线频率和谐波、无线电广播站、机械开关电弧以及阻性电路中开关带来的电流或电压尖峰等所引起的电磁干扰进行改善。这类预防措施包括滤波、去藕、对引线和元件进行静电和电磁屏蔽、使用防护电位、消除地环路、对引线和元件位置方向重新排布、在继电线圈中使用阻尼二极管、尽可能选用低电路阻抗、低噪型电源和基准源等。振动引发的干扰噪声可通过机械设计改善。图6中的表格列出了部分干扰噪声源、其典型值及处理方式。 图6.典型的干扰噪声源 然而,即使所有干扰噪声均得到消除,仍然存在固有噪声。固有噪声通常本质上属于随机噪声,多出现在电阻和半导体元件中,如晶体管和二极管等。(非随机固有噪声的一个例子是斩波器稳压型放大器中的斩波器噪声。)电阻元件中产生的随机噪声被称为约翰逊噪声(也称热噪声)。半导体元件中产生的随机噪声可能属于以下三类之一:肖特基噪声(或称散粒噪声)、闪烁噪声(1/f噪声)和爆米花噪声。 原文转自亚德诺半导体 关于世健 亚太区领先的元器件授权代理商 世健(Excelpoint)是完整解决方案的供应商,为亚洲电子厂商包括原设备生产商(OEM)、原设计生产商(ODM)和电子制造服务提供商(EMS)提供优质的元器件、工程设计及供应链管理服务。 世健是新加坡主板上市公司,拥有超过30年历史。世健中国区总部设于香港,目前在中国拥有十多家分公司和办事处,遍及中国主要大中型城市。凭借专业的研发团队、顶尖的现场应用支持以及丰富的市场经验,世健在中国业内享有领先地位。 免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

    时间:2021-03-29 关键词: 数字信号 噪声 运算放大器

  • 意法半导体推出高精度运放,面向节能型功率变换应用

    意法半导体推出高精度运放,面向节能型功率变换应用

    意法半导体推出TSV7722高精度高带宽运算放大器,可实现22MHz的增益带宽和11V/μs的圧摆率流。此外,2pA典型输入偏置电流还可以TSV7722在烟火探测器等光电感测应用中准确测量光电二,非常适合在功率变换电路和光学传感器中进行高速信号调理和精确电流测量。 最大200µV的输入失调电压 (在25°C时典型值为50µV),配合7nV/√Hz的超低输入电压噪声密度,让TSV7722可以准确地测量低边电极管电流。TSV7722是一款单位增益稳定的放大器,可以驱动最大47pF的容性负载,在模数转换器(ADC)中用作输入缓冲器。 TSV7722的工作电压范围为1.8V-5.5V,可以使用与微控制器等低压CMOS器件相同的电源,甚至可以用严重低电的电池供电。此外,TSV7722的精度参数和温度稳定性可进一步简化电路设计,无需使用精密电阻或在组装后调整,即可确保精准度非常出色。 TSV7722能够为功率变换系统提供准确、响应快速的电流测量功能,在智能汽车系统、太阳能电池板、电信基础设施和计算机服务器等应用中提高能效。车规产品将于2021年下半年推出。TSV7722包含在意法半导体的10年产品供货保障计划中,保证长期供货。 TSV7722现已量产,采用MiniSO8和DFN8封装。

    时间:2021-03-26 关键词: 电流测量 运算放大器

  • 意法半导体推出高精度运放,面向节能型功率变换应用

    意法半导体推出高精度运放,面向节能型功率变换应用

    中国,2021年3月26日——意法半导体推出TSV7722高精度高带宽运算放大器,可实现22MHz的增益带宽和11V/μs的圧摆率,非常适合在功率变换电路和光学传感器中进行高速信号调理和精确电流测量。 最大200µV的输入失调电压 (在25°C时典型值为50µV),配合7nV/√Hz的超低输入电压噪声密度,让TSV7722可以准确地测量低边电流。此外,2pA典型输入偏置电流还可以TSV7722在烟火探测器等光电感测应用中准确测量光电二极管电流。TSV7722是一款单位增益稳定的放大器,可以驱动最大47pF的容性负载,在模数转换器(ADC)中用作输入缓冲器。 TSV7722的工作电压范围为1.8V-5.5V,可以使用与微控制器等低压CMOS器件相同的电源,甚至可以用严重低电的电池供电。此外,TSV7722的精度参数和温度稳定性可进一步简化电路设计,无需使用精密电阻或在组装后调整,即可确保精准度非常出色。 TSV7722能够为功率变换系统提供准确、响应快速的电流测量功能,在智能汽车系统、太阳能电池板、电信基础设施和计算机服务器等应用中提高能效。车规产品将于2021年下半年推出。TSV7722包含在意法半导体的10年产品供货保障计划中,保证长期供货。 TSV7722现已量产,采用MiniSO8和DFN8封装。

    时间:2021-03-26 关键词: 意法半导体 运放 运算放大器

  • 运算放大器是线性器件吗?

    今天上午的“信号与系统”课程讲述到系统的分类的基本概念,包括因果与非因果系统、时变与时不变系统、即时系统与动态系统、线性与非线性系统等等。在信号与系统课程中所提供的基本方法是专门针对同时满足线性和时不变特性的系统的。作为课程的补充,下面讨论一下不为人所重视的运算放大电路的非线性特性。 ▌01 运算放大器的非线性 1.运算放大电路 作为信号处理的常用器件,运算放大器,在其信号处理范围之内,通常认为是线性器件。也就是它的增益不随着信号的幅度变化而改变。影响运算放大电路精度的因素,或者说它的线性特性主要是由它的输入偏置电压、偏置电流造成的输出零点的偏移。这一点往往可以通过增加零点补偿调整电阻进行消除。 但是对于运放的非线性,即它的开环增益随着信号幅度变化而变化的特性往往并不为人所重视。这是因为在常见到的运算放大电路中,通常采用反馈放大器的形式,只要运算放大器的增益足够大,电路的放大倍数是由外部的反馈电阻网络决定的。比如下面的电路: ▲ 基本的应用电路 它的增益为: 其中:α 是反馈电阻网络的比值: , 是运放的开环电压增益。如果 足够大,电路的增益将会由R1,R2的比值决定。 但是作为精密放大电路,特别是要求放大倍数比较高的时候, 随着输入电压的变化,也就是运放的非线性就不能够忽略了。特别是,这种非线性无法向电压零点补偿那样容易消除。 2.如何测量运放非线性? 通常在运算放大器芯片的数据手册中不会给出芯片的非线性指标。那么如果评估芯片增益的非线性呢? 一些主要提供运放器件的半导体厂家会在其网站给出一些测量他们运放产品开关增益测量方案,比如TI公司 TI:Gain and Linearity Testing for Precision Operational Amplifiers[1] ,或者ADI公司 AD:Op-Amp Open Loop Gain and Open Loop Gain Nonlinearity[2] 。 这些方案也都是比较成熟的测量方式。为了能够对于通常比较大的运放开环电压增益(通常大于100000)进行测量,所采用的方法是对反馈电压再经过分压之后连接至运放的负极性输入端口。这样便可以将运放输入端微小的电压放大之后反映在电路的输出端口。 比如下面个电路就是分别来自TI,ADI公司的测量方案: ▲ TI:OP-AMP增益与线性测试电路 ▲ AD:运放开关增益与开环增益非线性 通过在输入端加入低频三角波形(10~50Hz)信号,通过观察输出信号的变化可以获得器件的开环电压增益以及对应的非线性。 ▌02 实验结果 下面的实验来测量一款常见的运放它的电压增益的非线性。 1.测试芯片 用于实验的芯片为 HA17741[3] 是一款有HITACHI共四天橙色的频率相位补偿的通用运算放大器,主要用于测试与控制领域。开环增益约106dB (200,,000倍),最大工作电压±18V。下图给出了期间的管脚功能定义。 ▲ HA17741管脚配置 HA17741内部的等效电路如下图所示。 ▲ HA17741内部等效电路 根据内部结构可以看到芯片的输入电压偏置补偿是通过PIN1,PIN5提供的。使用数字万用表测量PIN1,PIN5对于PIN4(VEE)之间的电阻,阻值分别为(976Ω,975Ω)。下图给出了外部通过一个三端电位器对芯片进行输入偏置电压进行补偿。 2.测试电路 根据前面ADI测测试方案,在面包板上简单搭建起测试电路。其中放大器件偏置电压信号是由R3、Ros的比值决定。它们实际上与运放一起,减少了前向放大增益,进而在输出信号增加了运放输入信号放大之后的成分。 固定R3=1MΩ不变,通过改变Ros的大小,观察输出信号的变化。 ▲ 测试电路 3.测量结果 下面分别选择Ros为∞Ω,100Ω,22Ω,10Ω,记录运放的输出信号。输入信号为峰峰值10V,频率为10Hz的三角波信号。 □ Ros=∞Ω 下图显示,输入输出信号保持严格的反向,增益为 -1。此时运放的非线性(增益随着输入电压变化)的特性没有反映到输出信号中来。 ▲ 输入信号(蓝色)与输出信号(青色) □ Ros=100Ω 在输出信号中,对于运放的输入信号相当于放大了 倍。从观察上来看,电路的增益变小了,但是输出的波形整体上还是一个三角波形。 ▲ 输入(蓝)与输出(青)信号 □ Ros=22Ω 此时电路放大倍数已经降低可-0.5左右。输出信号的非线性比较明显了。特别是当信号比较大的时候,也就是输入信号三角波的定点,对应的输出信号变得圆滑了。 ▲ 输入(蓝色)与输出(青色)信号 □ Ros=10Ω 在此偏置分压电阻下,对于运放输入电压相当于放大了 ,表现在电路的增益更小了。而且输出电压变化不再是随着输入变化呈现线性变化的关系。 ▲ 输入信号(蓝色)与输出信号(青色) 下图是将输出信号通过示波器放大之后,可以更加明显体现出运放的增益中存在的严重的非线性。 ▲ 输入信号(蓝色)与输出信号(青色) ▌结论 通过运放开环增益测量电路看到运算放大器是一个严重的非线性器件。在实际应用中是通过电压反馈来抑制了运放对放大电路的影响。 参考资料 [1]TI:Gain and Linearity Testing for Precision Operational Amplifiers: https://www.ti.com/lit/an/snaa047a/snaa047a.pdf [2]AD:Op-Amp Open Loop Gain and Open Loop Gain Nonlinearity: https://www.analog.com/media/ru/training-seminars/tutorials/MT-044.pdf [3]HA17741: https://wenku.baidu.com/view/f0a43dcf08a1284ac8504379.html 免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

    时间:2021-03-05 关键词: 数字信号 线性器件 运算放大器

  • 关于开关电源设计过程中常见的一些问题,你知道吗?

    关于开关电源设计过程中常见的一些问题,你知道吗?

    随着全球多样化的发展,我们的生活也在不断变化着,包括我们接触的各种各样的电子产品,那么你一定不知道这些产品的一些组成,比如开关电源,下面来说一说常见的一些故障。 电容故障 电容器损坏引起的故障在电子设备中最高,而电解电容器的损坏最为常见。电容器损坏表现为:容量变小,容量完全丢失,泄漏和短路。电容器在电路中起着不同的作用,由电容器引起的故障具有其自身的特征:在工业控制电路板中,数字电路占绝大多数,电容器主要用于功率滤波,而电容器较少用于信号耦合和耦合。 或输出电压没有得到很好的滤波,并且由于电压不稳定,电路在逻辑上是混乱的,这表现为机器工作不正常或无法开机。如果电容器连接在数字电路的正极和负极之间,则该故障的行为将如上所述。这在计算机主板上尤其明显。几年后,许多计算机有时无法打开,有时可以打开。打开机壳,经常会看到电解电容器鼓胀的现象,如果卸下电容器来测量容量,发现会比实际值低很多。 电阻故障 经常看到,许多初学者在修理电路时都在折腾电阻,然后将其拆下并焊接。实际上,它已经修复了很多。只要您了解电阻的损坏特性,就不需要花费很多时间。电阻是电气设备中数量最多的组件,但不是损坏率最高的组件。开路是最常见的电阻损坏类型。很少有电阻值变大而电阻值变小的情况。常见的是碳膜电阻器,金属膜电阻器,绕线电阻器和保险电阻器。 前两种类型的电阻器使用最广泛。它们损坏的特征之一是低电阻(低于100Ω)和高电阻(高于100kΩ)的损坏率很高,而中电阻值(例如数百欧姆至数十千欧姆)的损坏很小;其次,当低电阻电阻器损坏时,它们经常被烧黑,这很容易找到,而高电阻电阻器很少损坏。 绕线电阻一般用于高限流,电阻值不大;当圆柱形线绕电阻器被烧毁时,一些电阻器会变黑或表面破裂或破裂,而另一些则没有痕迹。水泥电阻器是一种线绕电阻器,烧坏时可能会折断,否则无明显痕迹;当保险丝电阻烧坏时,会在某些表面上吹掉一块皮肤,有些表面没有痕迹,但绝不会被灼伤或变黑。 运算放大器故障 运算放大器好坏的判别对相当多的电子维修者有一定的难度,不只文化程度的关系,在此与大家共同探讨一下,希望对大家有所帮助。理想运算放大器具有“虚短”和“虚断”的特性,这两个特性对分析线性运用的运放电路十分有用。为了保证线性运用,运放必须在闭环(负反馈)下工作。如果没有负反馈,开环放大下的运放成为一个比较器。 SMT元件故障 一些SMD组件非常小,使用普通的万用表笔很难进行测试和维修。一个是容易引起短路,另一个是涂有绝缘涂层的电路板不方便接触组件引脚的金属部分。这是一种告诉所有人的简便方法,它将为检测带来很多便利。取两根最小的缝纫针,将其与万用表笔闭合,然后从多股电缆上取一根细铜线,将测试笔和缝纫针与一根细铜线绑在一起,然后牢固焊接。 公共电源短路故障 在电路板维护中,如果遇到公共电源短路,则故障通常会很大,因为许多设备共享同一电源,并且怀疑使用此电源的每个设备都发生了短路。如果板上没有很多元件,那么“接地”的方法最终可以找到短路点;如果组成太多,“锄大地”能不能锄到状况就要靠运气了。在这里推荐一种更有效的方法。使用此方法只需花费一半的精力即可获得两倍的结果,而且故障点通常可以很快找到。 板故障 工业控制中使用了越来越多的板,许多板使用金手指插入插槽。由于恶劣的工业现场环境,多尘,潮湿和腐蚀性气体环境,很容易引起电路板的不良接触故障。许多朋友可以通过更换板来解决问题,但是购买板的成本非常可观,尤其是某些进口设备的板。实际上,您不妨使用橡皮擦几次擦金手指,清除金手指上的污垢,然后重试机器。

    时间:2021-02-23 关键词: 电阻 开关电源 运算放大器

  • 还在苦苦寻觅好用的运算放大器?这一款不妨了解一波

    还在苦苦寻觅好用的运算放大器?这一款不妨了解一波

    以下内容中,小编将对TI OPA2145 JFET运算放大器的相关内容进行着重介绍和阐述,希望本文能帮您增进对这款运算放大器的了解,和小编一起来看看吧。 OPA2145器件属于低功耗JFET输入放大器系列,具有优良的漂移、低电流噪声和皮安输入偏置电流。这些特性使OPA2145成为放大来自高阻抗传感器的小信号的最佳选择。 OPA2145运算放大器是低功耗JFET输入放大器系列的一部分,这些放大器具有出色的漂移性能和低输入偏置电流。包括V–的轨到轨输出摆幅和输入范围允许设计人员使用JFET放大器的低噪声特性,同时还与现代,单电源,精密,模数转换器(ADC)和数字接口 到模拟转换器(DAC)。 OPA2145实现5.5MHz的增益带宽乘积和20V /μs的压摆率,并且仅消耗445μA(典型值)的静态电流,这使这些器件成为低功耗应用的绝佳选择。这些器件采用4.5V至36V单电源或±2.25V至±18V双电源供电。 OPA2145的额定温度范围为–40°C至+ 125°C,可在最具挑战性的环境中使用。单通道OPA145采用5引脚SOT-23、8引脚SOIC和8引脚VSSOP封装。双通道OPA2145采用8引脚SOIC和8引脚VSSOP封装。 然后,我们来看看噪声性能。下图所示为OPA2145的噪声性能曲线,其中计算了总电路噪声。运算放大器同时贡献电压噪声分量和电流噪声分量。通常将电压噪声建模为偏移电压的时变分量。 电流噪声被建模为输入偏置电流的时变分量,并与源电阻发生反应,从而产生噪声的电压分量。 因此,给定应用的最低噪声运算放大器取决于源阻抗。对于低源阻抗,电流噪声可以忽略不计,而电压噪声通常占主导地位。 由于运算放大器的FET输入,OPA2145既具有低电压噪声又具有极低的电流噪声。结果,对于任何实际的源阻抗,OPA2145的电流噪声贡献都可以忽略不计,这使其成为具有高源阻抗的应用的更好选择。 OPA2145具有内部反相保护。 当输入被驱动到其线性共模范围以外时,许多FET输入和双极性输入运算放大器都会出现反相。 当输入被驱动超过指定的共模电压范围时,同相电路最常遇到这种情况,从而导致输出反向到相反的电源轨。 OPA2145的输入电路可防止过多的共模电压引起的相位反转; 相反,输出限制进入适当的轨道。 在Electrical Overstress方面,设计人员经常会问有关运算放大器承受电过载的能力的问题。这些问题往往集中在设备输入上,但可能涉及电源电压引脚甚至输出引脚。这些不同的引脚功能中的每一个都具有电应力极限,该极限由特定的半导体制造工艺和连接到该引脚的特定电路的电压击穿特性确定。此外,这些电路内置有内部静电放电(ESD)保护,以保护它们在产品组装之前和期间免受意外的ESD事件的影响。 ESD保护电路包括从输入和输出引脚连接的多个电流控制二极管,这些二极管被导引回内部电源线,在内部电源线连接到运算放大器内部的吸收装置。该保护电路旨在在正常电路操作期间保持不活动状态。 ESD事件会产生短时的高电压脉冲,该脉冲会转换为短时的高电流脉冲,并通过半导体器件放电。 ESD保护电路旨在在运算放大器内核周围提供电流路径,以防止损坏放大器。 然后,保护电路吸收的能量将以热量的形式消散。 当两个或多个放大器设备引脚上产生ESD电压时,电流流过一个或多个转向二极管。取决于电流所经过的路径,吸收装置可以激活。吸收器件的触发或阈值电压大于OPA2145的正常工作电压,但小于器件的击穿电压电平。超过此阈值后,吸收设备会迅速激活并将电源轨上的电压钳位到安全水平。 以上就是小编这次想要和大家分享的内容,希望大家对本次分享的内容已经具有一定的了解。如果您想要看不同类别的文章,可以在网页顶部选择相应的频道哦。

    时间:2021-01-30 关键词: TI OPA2145 运算放大器

  • 新日本无线开始提供拥有业界顶级水准抗EMI干扰性能的2/4电路单电源运算放大器NJM2904B/NJM2902B样片

    新日本无线开始提供拥有业界顶级水准抗EMI干扰性能的2/4电路单电源运算放大器NJM2904B/NJM2902B样片

    汽车ECU※2上的各种传感器强烈要求要有电磁波噪声抑制特性(抗EMI干扰性能),对于处理这些传感器的模拟信号,新日本无线开发了拥有业界顶级水准抗EMI干扰性能的单电源工作车载用途的2/4电路运算放大器NJM2904B/NJM2902B产品。 新开发的产品在继承了业界标准运算放大器NJM2904/NJM2902的通用性的基础上,大大提高了抗EMI干扰性能。对于从汽车车身到动力传动系统所有的汽车ECU设计,可以降低从头开始设计的风险,减少EMC设计工时,规避更换部件时的风险,大幅度提高设计质量。 ※1 2021年1月新日本无线的调查结果 ※2 ECU : Electronic Control Unit(电子控制单元) 『实现了业界顶级水准的抗EMI干扰性能』 ●运用国际电工委员会IEC制定的 62132-4, ED-5008 通用标准DPI测试方法的测试结果 测试结果显示了输出电压波动在小于300mV时,最大注入功率越大,抗EMI干扰性能越强。 【开发背景】 汽车ECU上使用的运算放大器当受到超出工作频率的外来电磁波噪声(EMI)干扰,输出电压就会产生波动,这将造成ECU出现工作故障。 抗噪声干扰性能的测试一般大多是在汽车设计开发的最终阶段,如果发现问题,就得开始测试分析及其对策研究,还可能从头设计ECU模式和选定安装部件,影响设计工时。汽车的多功能化带来了ECU安装数量的增加,但是智能手机和具有通信功能的电子设备的增加使电磁干扰变得越来越严重,对此强烈需求强抗EMI干扰性能的运算放大器。 外来干扰噪声侵入ECU基板上的运算放大器 【产品特点】 ① 除了输入端子之外,也增强了电源端子的抗EMI干扰性能 运算放大器的EMI干扰一般是从抗EMI干扰性能比较薄弱的输入端子侵入,所以大多只对输入端子实施EMI抗干扰对策。但是,考虑到叠加在线束上的干扰噪声会从放大器的电源端子侵入,所以至此的干扰对策还不算完全。 新日本无线彻底分析了运算放大器内部各部分电路的EMI侵入路径和对电路工作的影响以及出现故障的机理,对各部分电路实施了最佳的EMI抗干扰对策。于是,不光对输入端子,对电源端子的抗EMI干扰性能也成功的提高到了业界顶级水准。 因为该产品是对IC内部电路实施的抗干扰对策,所以很少受到芯片版图设计和封装条件的影响,能够提供稳定的抗EMI干扰性能,从而降低了噪声干扰测试后再从头开始设计的风险。 对各部分电路实施的最佳抗EMI干扰对策 ② 运用 IEC 62132-4国标测试方法,实现单体器件的最高水准抗EMI干扰性能 运算放大器用途广泛,相同运算放大器会安装到各种电气电子设备里。各种设备要求的EMC规格有所不同,所以对于单体运算放大器的抗EMI干扰性能的比较和测试是非常重要的。 NJM2904B / NJM2902B 是遵照国标IEC 62132-4※3以及JEITA标准ED-5008※4的适当基准,进行了产品比较和测试,确定获得了业界顶级水准的抗干扰性能,在新品研发设计和探讨更换部件时,您可放心使用此款运算放大器。 相同运算放大器会安装到各种ECU/汽车里 【基于IEC 62132-4, ED-5008 测试标准的DPI测试结果】 输入端子和电源端子都有达到业界顶级水准的抗EMI干扰性能。电源端子即使在没有旁通电容的严峻条件下,也能确保有强抗EMI干扰性能。本测试设定的注入功率最大上限为27dBm。 ※3 IEC 62132-4 是半导体EMC(Electromagnetic Compatibility:电磁兼容性)测试方法的国际标准IEC 62132系列之一。IEC 62132-4称作DPI法(Direct Power Injection Method:直接功率注入法),是通过向电容性耦合的IC端子注入功率,再测定IC正常工作时的极限功率来进行EMC性能测试的试验。 ※4 ED-5008 是JEITA标准、半导体EMC性能等价性测试方法。测试集成电路EMC性能差的标准规范,测试方法遵照IEC 62132-4。 【产品外观图】 【产品性能】 ●NJM2904/NJM2902向前兼容 ・宽工作电压 : +3V~36V ・低消耗电流 : typ.0.7mA ・低输入失调电压 : typ.2mV , max.4mV ●AEC-Q100(Grade1) : 将遵照2022年标准测试 ●单电源、Ground Sensing ●封装 : MSOP8 / SSOP14 【应用】 ●汽车ECU ●电压检测、电流检测放大器 ●各种传感器放大器 ●各种滤波器、波形整形电路

    时间:2021-01-29 关键词: 新日本无线 EMI 运算放大器

  • 运算放大器参数的简易测量“指南”

    图1. 基本运算放大器测量电路 图1所示电路能够将大部分测量误差降至最低,支持精确测量大量直流和少量交流参数。附加的“辅助”运算放大器无需具有比待测运算放大器更好的性能,其直流开环增益最好能达到106或更高。如果待测器件(DUT)的失调电压可能超过几mV,则辅助运放应采用±15 V电源供电(如果DUT的输入失调电压可能超过10 mV,则需要减小99.9 kΩ电阻R3的阻值。) DUT的电源电压+V和–V幅度相等、极性相反。总电源电压理所当然是2 × V。该电路使用对称电源,即使“单电源”运放也是如此,因为系统的地以电源的中间电压为参考。 作为积分器的辅助放大器在直流时配置为开环(最高增益),但其输入电阻和反馈电容将其带宽限制为几Hz。这意味着,DUT输出端的直流电压被辅助放大器以最高增益放大,并通过一个1000:1衰减器施加于DUT的同相输入端。负反馈将DUT输出驱动至地电位。(事实上,实际电压是辅助放大器的失调电压,更精确地说是该失调电压加上辅助放大器的偏置电流在100 kΩ电阻上引起的压降,但它非常接近地电位,因此无关紧要,特别是考虑到测量期间此点的电压变化不大可能超过几mV)。 测试点TP1上的电压是施加于DUT输入端的校正电压(与误差在幅度上相等)的1000倍,约为数十mV或更大,因此可以相当轻松地进行测量。 理想运算放大器的失调电压(Vos)为0,即当两个输入端连在一起并保持中间电源电压时,输出电压同样为中间电源电压。现实中的运算放大器则具有几微伏到几毫伏不等的失调电压,因此必须将此范围内的电压施加于输入端,使输出处于中间电位。 图2给出了最基本测试——失调电压测量的配置。当TP1上的电压为DUT失调电压的1000倍时,DUT输出电压处于地电位。 图3. 失调和偏置电流测量 该电路与图2的失调电压电路基本相同,只是DUT输入端增加了两个串联电阻R6和R7。这些电阻可以通过开关S1和S2短路。当两个开关均闭合时,该电路与图2完全相同。当S1断开时,反相输入端的偏置电流流入Rs,电压差增加到失调电压上。 通过测量TP1的电压变化(=1000 Ib–×Rs),可以计算出Ib–。同样,当S1闭合且S2断开时,可以测量Ib+。如果先在S1和S2均闭合时测量TP1的电压,然后在S1和S2均断开时再次测量TP1的电压,则通过该电压的变化可以测算出“输入失调电流”Ios,即Ib+与Ib–之差。R6和R7的阻值取决于要测量的电流大小。 如果Ib的值在5 pA左右,则会用到大电阻,使用该电路将非常困难,可能需要使用其它技术,牵涉到Ib给低泄漏电容(用于代替Rs)充电的速率。当S1和S2闭合时,Ios仍会流入100 Ω电阻,导致Vos误差,但在计算时通常可以忽略它,除非Ios足够大,产生的误差大于实测Vos的1%。 运算放大器的开环直流增益可能非常高,107以上的增益也并非罕见,但250,000到2,000,000的增益更为常见。直流增益的测量方法是通过S6切换DUT输出端与1 V基准电压之间的R5,迫使DUT的输出改变一定的量(图4中为1 V,但如果器件采用足够大的电源供电,可以规定为10 V)。如果R5处于+1 V,若要使辅助放大器的输入保持在0附近不变,DUT输出必须变为–1 V。 图5. 交流增益测量 图5中,交流信号通过10,000:1的衰减器施加于DUT输入端。对于开环增益可能接近直流值的低频测量,必须使用如此大的衰减值。(例如,在增益为1,000,000的频率时,1 V rms信号会将100 μV施加于放大器输入端,放大器则试图提供100 V rms输出,导致放大器饱和。)因此,交流测量的频率一般是几百Hz到开环增益降至1时的频率;在需要低频增益数据时,应非常小心地利用较低的输入幅度进行测量。所示的简单衰减器只能在100 kHz以下的频率工作,即使小心处理了杂散电容也不能超过该频率。如果涉及到更高的频率,则需要使用更复杂的电路。 运算放大器的共模抑制比(CMRR)指共模电压变化导致的失调电压视在变化与所施加的共模电压变化之比。在DC时,它一般在80 dB至120 dB之间,但在高频时会降低。 测试电路非常适合测量CMRR(图6)。它不是将共模电压施加于DUT输入端,以免低电平效应破坏测量,而是改变电源电压(相对于输入的同一方向,即共模方向),电路其余部分则保持不变。 图7. 直流PSRR测量 所用的电路完全相同,不同之处在于总电源电压发生改变,而共模电平保持不变。本例中,电源电压从+2.5 V和–2.5 V切换到+3 V和–3 V,总电源电压从5 V变到6 V。共模电压仍然保持中间电源电压。计算方法也相同(1000 × TP1/1 V)。 为了测量交流CMRR和PSRR,需要用电压来调制电源电压,如图8和图9所示。DUT继续在直流开环下工作,但确切的增益由交流负反馈决定(图中为100倍)。 图9. 交流PSRR测量 为了测量交流CMRR,利用幅度为1 V峰值的交流电压调制DUT的正负电源。两个电源的调制同相,因此实际的电源电压为稳定的直流电压,但共模电压是2V峰峰值的正弦波,导致DUT输出包括一个在TP2测量的交流电压。 如果TP2的交流电压具有x V峰值的幅度(2x V峰峰值),则折合到DUT输入端(即放大100倍交流增益之前)的CMRR为x/100 V,并且CMRR为该值与1 V峰值的比值。 交流PSRR的测量方法是将交流电压施加于相位相差180°的正负电源,从而调制电源电压的幅度(本例中同样是1 V峰值、2 V峰峰值),而共模电压仍然保持稳定的直流电压。计算方法与上一参数的计算方法非常相似。 总结 当然,运算放大器还有许多其它参数可能需要测量,而且还有多种其它方法可以测量上述参数,但正如本文所示,最基本的直流和交流参数可以利用易于构建、易于理解、毫无问题的简单基本电路进行可靠测量。 免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

    时间:2021-01-19 关键词: 测量 运算放大器

  • 运算放大器与比较器有哪些不同?如何区分?

    运算放大器与比较器有哪些不同?如何区分?

    许多人偶尔会把运算放大器当比较器使用。一般而言,当您只需要一个简单的比较器,并且您在四运算放大器封装中还有一个“多余”运算放大器时,这种做法是可行的。稳定运算放大器运行所需的相位补偿意味着把运算放大器用作比较器时其速度会非常的低,但是如果对速度要求不高,则运算放大器可以满足需求。 偶尔会有人问到我们运算放大器的这种使用方法。这种方法有时有效,有时却不如人们预期的那样效果好。为什么会出现这种情况呢? 由于对这两个东西比较迷糊,下面是百度出来的内容,相信我们都能理解。 运算放大器我们也叫它集成运放,如果把它上边的标识打磨掉的话很难区分它是集成运放芯片还是其它功能的集成芯片,在有的电子电路板中厂家为了保护自己家的技术被别人山寨,有的集成放大器芯片或者比较器芯片都被打磨掉了,为我们维修带来一定的影响。因为从外观看两者长发非常相似,以至于有很多初学者会经常混淆两者究竟是运算放大器还是比较器,现分享一下两者的区别。 一、比较器和运算放大器,基本概念相同 内部区别:运算放大器为互补输出,可以输出不失真的模拟信号,一般闭环使用,开环或少量正反馈,也可当比较器,比较器一般为OC(集电极开路)输出,方便多路并联,输出开关信号,需上拉电阻,多数为开环使用,某些场合,要求有回差,可以引进一定的正反馈。 放大器输出有回路到输入,就是有反馈,是闭环。可能是一个电阻,也可能还有电容等。根据接到输入的哪个输入端,判断是正反馈还是负反馈。接到同相端(+)的是正反馈。负端(-)是负反馈。 引入正反馈,系统可能震荡,适当加入,可以产生迟滞(回差)。 放大器一般引入负反馈,可得到固定的放大倍数。 环的概念:信号-检测-和标准比较-再控制输入信号的某个参数,使其达到标准。这是一个闭环系统,是负反馈系统(控制使输入参数稳定)。 二、放大器是用来放大小信号用的,强调是等比放大。 用处嘛,自然是各种模拟信号之间的加减乘除微分积分运算。相比之下,比较器则是用来比较正负两个输入端输入电压差值的,只要差值满足一定的要求,他的输出状态就立刻改变。它的重要参数也多是关于转折特性的。用处嘛,主要是滞回比较等信号鉴别运算。或者我们可以这样理解,比较器是一种以模拟电路为形式,以数字信号输入、输出为特点的过渡性质的电路形式。 三、比较器就是没有反馈(正反馈,负反馈)的运算放大器 当正输入大于负输入时,输出无穷大(理论) 当正输入小于负输入时,输出无穷小(理论)运算放大器要根据反馈算输出。综上,其实2者没根本区别。书本理论中介绍的比较器一般是用运算放大器(下面简称运放)来做的。当运放加入了负反馈环路的时候,整个电路本身就可以视为一个带有一定增益的放大电路。一个经典的运放IC制作的放大器:电路的增益G为 G=Rf/Rin。 运放同时也可以用作比较器,只是以正反馈取代负反馈。当电路加入了正反馈之后,输出电压会在这个IC的电源电压饱和,但是不会也不能超过电源电压。为经典的比较电路:电阻为 +极提供了参考电压,每当-极电压超过+极之时,输出电压就会反转。总之,取决于运放外接的电路是负反馈还是正反馈,他可以被分别用做放大器或者是比较器。 四、运算放大器和比较器共同之处 在说到它们的区别之前先看看它们的共同之处,从制造上来说运算放大器和比较器都是将三极管、电阻以及导线集成在一种半导体的基片上的,从外表看都是一个完整、独立的集成芯片,外观都一样;从内部看都是一个比较复杂的大规模集成电路。 五、运算放大器和比较器不同之处 不同之处。我认为第一点它们的不同之处是所处的工作阶段不一样,运算放大器都是工作在线性应用阶段,也就是说在这个阶段它的输入电压与放大了的输出电压有一个成比例的关系,正是因为这个关系才使它具有放大的功能。比较器是工作在非线性阶段,也就是说在这个阶段它的输入与输出不再成比例输出了,这时也就没有放大作用了,在这个阶段它的输出只有两个状态,那就是“高电平”和“低电平”状态,如果用数字表示的话就是“1”和“0”的概念。在一般的通用放大器中都会都这两个阶段,而在比较器中只有非线性这一个阶段,我们也可以这样说,放大器在一定条件下可以作为比较器使用,但比较器不能够当作放大器来用。 第二的不同点是运算放大器在工作中都加入了负反馈这一电路环节,有的还具有深度负反馈,鉴于这种电路结构可以制成模拟的加法电路、减法电路等。而比较器是没有这些反馈环节的,也不能加入这些环节,否则会造成电路的不稳定,因此按照控制来说它应该是一个“开环”的电路,比如单门限电压比较器电路和双门限电压比较器电路。 第三点是从他俩的工作速度上讲运算放大器的工作速度要比比较器慢一个数量级,比如比较器的翻转速度大约在纳秒(ns)数量级,而运放翻转速度一般为微秒(us)数量级。我们用过比较器LM393和运算放大器LM358的都知道,LM393的反转的工作速度要比运算放大器LM358的反应速度快许多。 第四点是内部电路结构不同,对于运算放大器它的最后的输出级是推挽电路模式而且是双极性输出,可以驱动较强的负载。而比较器最后的输出级是漏极开路结构模式,所以需要上拉电阻它与数字电路可以很好的匹配。 六、常用的运算放大器与比较器 我在平时用到的运算放大器除了刚才提到的LM358外另外还有四运放LM324和单运放μA741等;对于比较器来说常用的有四电压比较器LM339和双电压比较器LM393等都比较常用。 通过今天的全面分析一下,希望能够帮助大家夯实基础,让工程师更上一层楼。 【更多关于放大器比较器相关阅读】 适用消费电子的三电平H桥输出D类放大器 用漏斗放大器测量电流的教程 一种应用于汽车的D类放大器设计方案 仪表放大器:传感器应用的理想电路 适用消费电子的三电平H桥输出D类放大器

    时间:2021-01-10 关键词: 电路 比较器 运算放大器

  • 图文并茂!一文知晓运放的轨至轨特性

    跟随器电路: 前级采样电阻上的采样电压 VI_AMP_IN 经 U6 的跟随作用 VI_AMP_OUT 送至 ADC 进行A/D 转换,U6 在此处的作用:减轻“负载效应”提高采集精度。D3,D4 为运放的输入保护二极管,当输入异常电压比电源电压还要高 VF(二极管正向导通压降)或者比地电位低 VF时,二极管将会导通钳位。1、LMV831 的主要特性 其一,该运放输入误差电压 VOS最大为 1mV,有利于提高整体精度; 其二,由于采用 CMOS 工艺,输入偏置电流低至 0.1pA,故不需要在消除偏置电压上花费额外精力; 其三,输出驱动电流达到 30mA,很适合与 ADC 配合使用; 其四,该运放在 1.8GHz 的频率下 EMIRR 高达 120dB,这一特性有利于抵抗板上射频模块的干扰; 其五,轨至轨输出,在单电源供电条件下非常重要。2、输出特性 从上表可以看出负载越重,运放输出轨至轨特性越差,但因为本次案例运放后级是连接低速 ADC,因此负载很轻,取表中的 6mV(VOH)和 5mV(VOL)作为典型值即可。单电源供电条件下,会将负载电阻 RL接至 V+/2,实则是以 V+/2 作为虚拟地。3、仿真验证建立仿真电路如下: 如 Figure 1-2 所示,将 LMV831 搭成放大倍数为 2 的同相放大器,同时输入幅值为 5V,频率为 10Hz 的三角波(为了能让输出饱和),仿真结果如 Figure 1-3 所示,显然,输出幅度非常接近 LMV831 的供电电压 4.5V,量得幅值为 4.49V(梯形波形的平台部分),波形下端也接近 0V,从而证实了该运放的轨至轨输出特性。 4、轨到轨,还有细节需要注意:ADC 的可接受电压范围为 0~4.096V,而现在 LMV831 搭成的跟随器可以支持 0~4.49V 的输出,似乎万事俱备,若前级采样电压也是 0~4.096V 范围(即运放输入电压),整个电路堪称完美!然而,直觉告诉我,事情肯定没这么简单。我突然想起当初选型时,TI 的运放筛选条件下,有一个 Rail-to-Rail选项: 这个选项从左到右分别为:输入轨至轨,输出轨至轨,输入到正轨,输入到负轨——等等,那么 LMV831 是否支持轨至轨输入?我满怀期待,然而遗憾的是,LMV831 数据手册并未提及输入是否也是轨至轨,进一步查阅发现该运放在 3.3V 供电时,共模输入范围为-0.1V~2.1V!也就是说3.3V供电的时候,LMV831 是不支持轨至轨输入的!5、输入特性运放的共模输入范围与供电电压密切有关,电压越高,输入范围越大。为了验证 4.5V 供电电压下的最高不失真输入电压,搭建了 Figure 1-4 所示的仿真电路。 对该电路执行“参数仿真”,分别测试供电电压为 3.3V、3.9V、4.5V 下的输出电压,如 Figure 1-5 所示,三角波为输入波形,3 个类似等腰梯形的波形为运放输出,其中,暗黄色为 4.5V 供电电压时的输出,绿色对应 3.9V 供电电压,紫色对应 3.3V 供电电压,显而易见:第一,LMV831 并非轨至轨输入;第二,该运放的共模输入范围随供电电压的提高而扩大,在 4.5V 供电电压下跟随器(增益为 1)最大输出电压约为 3.39V,也即最大输入电压为 3.39V。简言之,4.5V 供电电压下,LMV831 的最大共模输入电压(不失真)为 3.39V。 在得知这个真相之后,一方面将运放的供电电压从 3.3V 提高到 4.5V,提高输出的范围,另一方面将采样电阻值改小,从而让最大采样电压小于 3.39V,从而规避了改板的风险!6、实际验证实际产品中用了 91:34 的电阻对输入 0~10V 进行分压,分压再经电压跟随器送至 ADC 进行 A/D 转换,分别测量电阻采样电压、运放输入端电压、运放输出端电压、A/D 转换电压,绘出 Figure 1-6。 留意表格 1-2 的数据,随着运放输入电压缓慢接近“阈值”,传递误差急剧增加,当输入电压为 3.9954V 时,运放索性饱和输出 4.5460V!通过绘制图表 Figure 1-6 可以很明显观察到这个现象,从而证实了猜想。实际上我的目的也达到了,因为我只需要 0~12V 外部输入时线性度满足 0.2% F.S 就足够了。 版权归原作者所有,如有侵权,请联系删除。 免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

    时间:2020-12-16 关键词: PCB 运算放大器

  • 运算放大器和比较器有什么区别?

    运算放大器和电压比较器在原理符号上确实是一样的,都有5个引脚,其中两个引脚为电源+和电源-,还有两个引脚为同相输入端(+)和反向输入端(-),最后一个引脚是输出端。 但是它们的功能是不一样的,运放的功能及用途更复杂,而比较器就相对简单得多。 电压比较器 下面简单讲解一下比较器的基本原理,比较器的原理挺简单,目的是比较两个输入端的电压大小,若正输入端的电压为a,负输入端的电压为b,则当a>b时,输出为高电平(逻辑1);当a<b时,输出为低电平(逻辑0)。 下面结合原理图进行说明,如下图原理图,比较器输入端的电压为IN1、IN2,供电为VCC/GND,上拉电阻1K,上拉电压为VCC。 当输入电压IN1>IN2时,即正输入端的电压较高,输出高电平(VCC); 当输入电压IN2>IN1时,即负输入端的电压较高,输出低电平(0V)。 比较器的用途很广,可用于比较热敏电阻、光敏传感器等电压信号,用于离散量控制,比如通过比较器采集光敏电阻的电压判断白天还是夜晚等,比较器还可以用于模拟量负反馈电路当中,比如电压调节等。 运算放大器 运放的用途很多,基本的运放电路有同相比例放大电路、反相比例放大电路、加法器、减法器、差分比例运算电路、微分电路、积分电路等,掌握这些基本的集成运放电路原理,基本上可以区分电路图中符号一样的电路符号属于比较器还是运放。 一般情况下,运放都会在输出端与输入端之间串联一个电阻用于反馈,而一般情况下电压比较器输出端与输入端之间是没有电阻的,绝大部分电路都可以通过此区别来区分,但是也有特殊情况,这要根据具体原理具体分析了。 比如 运放也可以当比较器使用 ,其输出端与输入端之间开环(不接反馈电阻),使用运放当比较器其别在于不用上拉电阻,当IN1>IN2时,输出电压为VCC(运放电源电压),当IN1<IN2时,输出电压为0。 总结 专业基础扎实,掌握电压比较器和运放的基本电路之后,基本上直接就能够判别原理属于运放还是比较器,只有少量的特殊情况需要具体分析,通过专业知识分析其原理很快就能够判别其属于运放还是比较器。 相关文章推荐: 模拟电路的精髓:运放,该如何选型? 学会虚断和虚短,运放电路就不难! 差分运放,PT100采集处理电路设计 模电老司机这样说:学会“虚短”和“虚断”,运放电路分析不求人 单比较器设计的滞回电路如何改变滞回回差? 合理使用运算放大器,方便你我他! 免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

    时间:2020-11-24 关键词: 比较器 运算放大器

  • 贸泽开售Analog Devices LTC6228和LTC6229运算放大器

    贸泽开售Analog Devices LTC6228和LTC6229运算放大器

    2020年11月19日 – 专注于引入新品并提供海量库存的电子元器件分销商贸泽电子 (Mouser Electronics) 即日起备货Analog Devices LTC6228和LTC6229低失真730MHz运算放大器。LTC6228单通道运算放大器和LTC6229双信道运算放大器可提供高速、低噪声的轨到轨输出,支持高精度模数转换,可满足测试和测量、光学电子元件、医疗影像和数据采集等应用的需求。 贸泽电子分销的Analog Devices LTC6228和LTC6229运算放大器具有超低的0.88nV/√Hz电压噪声,并且4VP-P下的失真性能优于−100dB,即使对于速度高达2MHz的大信号也不例外。这些器件拥有出色的性能指标,可实现动态范围非常高的应用。 LTC6228和LTC6229运算放大器可在2.8V至11.75V的单一电源下运行,并且可以支持±5V电源电压(或电压更低的其他分流电源),同时在500V/µs的高频和压摆率下仍能保持优异的性能。它们的输入共模范围包括负电源轨,而输出则可在轨到轨之间摆动。LTC6229采用小巧的3mm × 3mm DFN封装,而LTC6228则采用2mm × 2mm DFN封装。两款运算放大器均提供−40°C至125°C的宽作业温度范围,专为白色家电、光学电子产品、仪器仪表和高密度系统而设计。 LTC6228和LTC6229运算放大器旨在驱动LTC2387-18 18位逐次逼近寄存器 (SAR) 模数转换器 (ADC),用于高速数据采集和成像应用。LTC2387-18 ADC具有出色的线性度和宽动态范围,在高输入频率下的失真非常低。

    时间:2020-11-19 关键词: 贸泽 ltc6229 运算放大器

  • 运放电路:同相放大还是反相放大?

    导语 电子电路中的运算放大器,有同相输入端和反相输入端,输入端的极性和输出端是同一极性的就是同相放大器,而输入端的极性和输出端相反极性的则称为反相放大器。 反相放大器 图一运放的同向端接地=0V,反向端和同向端虚短,所以也是0V,反向输入端输入电阻很高,虚断,几乎没有电流注入和流出,那么R1和R2相当于是串联的,流过一个串联电路中的每一只组件的电流是相同的,即流过R1的电流和流过R2的电流是相同的。 流过R1的电流:I1=(Vi-V-)/R1………a 流过R2的电流:I2=(V--Vout)/R2……b V-=V+=0………………c I1=I2……………………d 求解上面的初中代数方程得 Vout=(-R2/R1)*Vi 这就是传说中的反相放大器的输入输出关系式了。 同相放大器 图二中Vi与V-虚短,则Vi=V-……a 因为虚断,反向输入端没有电流输入输出,通过R1和R2的电流相等,设此电流为I,由欧姆定律得: I=Vout/(R1+R2)……b Vi等于R2上的分压,即:Vi=I*R2……c 由abc式得Vout=Vi*(R1+R2)/R2 这就是传说中的同相放大器的公式了。 选择同相放大器还是反相放大器 运算放大器可以接成同相放大也可以接成反相放大,那使用同相放大好还是反相放大好呢?我们先来看同相放大和反相放大的区别: 同相放大器特点 优点:输入阻抗和运放的输入阻抗相等,接近无穷大 缺点:放大电路没有虚地,因此有较大的共模电压,抗干扰能力相对较差,使用时要求运放有较高的共模抑制比,另一个小缺点就是放大倍数只能大于1 反相放大器特点 优点:两个输入端电位始终近似为零(同相端接地,反相端虚地),只有差模信号,抗干扰能力强 缺点:输入阻抗很小,等于信号到输入端的串联电阻的阻值 对比同相放大器和反相放大器 另外就是二者的增益计算公式不同,相位相反。由此可见,对比它们要在以下几个方面:输入输出阻抗,共模的抗干扰。 同相放大器的输入阻抗和运放的输入阻抗相等,接近无穷大,同相放大器的输入电阻取值大小不影响输入阻抗;而反相放大器的输入阻抗等于信号到输入端的串联电阻的阻值。因此当要求输入阻抗很高的时候就应选择同相放大器。 同相放大器的输入信号范围受运放的共模输入电压范围的限制,反相放大器则无此限制。因此如果要求输入阻抗不高且相位无要求时,首选反相放大,因为反相放大只存在差模信号,抗干扰能力强,可以得到更大的输入信号范围。 在设计中要求放大倍数相同的情况下尽量选择数值小的电阻配合,这样可以减小输入偏置电流的影响和分布电容的影响。如果很计较功耗,则要在电阻数值方面折中。 -END- | 整理文章为传播相关技术,版权归原作者所有 | | 如有侵权,请联系删除 | 免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

    时间:2020-11-13 关键词: 电路图 运算放大器

  • 运算放大器和比较器在实际应用中如何区分?

    运算放大器和比较器无论外观或图纸符号都差不多,那么它们究竟有什么区别,在实际应用中如何区分? 今天我们来图文全面分析一下,夯实大家的基础,让工程师更上一层楼。 先看一下图1,这是运算放大器和比较器的内部区别图: 图1 从内部图可以看出运算放大器和比较器的差别在于输出电路。运算放大器采用双晶体管推挽输出,而比较器只用一只晶体管,集电极连到输出端,发射极接地。比较器需要外接一个从正电源端到输出端的上拉电阻,该上拉电阻相当于晶体管的集电极电阻。运算放大器可用于线性放大电路(负反馈),也可用于非线性信号电压比较(开环或正反馈)。电压比较器只能用于信号电压比较,不能用于线性放大电路(比较器没有频率补偿)。两者都可以用于做信号电压比较,但比较器被设计为高速开关,它有比运算放大器更快的转换速率和更短的延时。 No.1  运算放大器  运算放大器在主板电路图中很常见,一般用于稳压电路;在负反馈电路中,它与晶体管配合相当于一个三端稳压器,但使用起来更灵活。如图2: 图2 在许多情况下,需要知道两个信号中哪个比较大,或一个信号何时超出预设的电压(用作电压比较)。用运算放大器便可很容易搭建一个简单电路实现该功能。当V+电压大于V-电压时,输出高电平。当V+电压小于V-电压时,输出低电平。如图3: 图3 分析一下电路,2.5V经电阻分压得到1V输入到V-端,当总线电压正常产生1.2V时,输入到V+,此时V+电压比V-电压高,输出一个高电平到CPU电源管理芯片的EN开启脚。如果总线电压没输出或不正常少于1V,此时V+电压比V-电压低,输出低电平。 No.2  电压比较器  当比较器的同相端电压(V+)低于反相端电压(V-)时,输出晶体管导通,输出接地低电平;当同相端电压高于反相端时,输出晶体管截止,通过上拉电阻的电源输出高电平。如图4: 图4 分析一下该电路,上面的比较器U8A当有VCC输出时经过分压电阻分压后,输入到同相端(V+),其电压大于5VSB经分压后输入到反相端(V-)的电压,内部晶体管截止,输出经上拉电阻的电源12V(同时下面的比较器U8B同相端电压也大于反相端,内部晶体管也是截止),N沟道场管Q37导通,输出VCC5V。同时P沟道场管Q293截止。反之,当反相端电压大于同相端电压时,内部晶体管导通,上拉电源12V被拉低为低电平,N沟道场管Q37截止,同时P沟道场管Q293导通,输出5VSB。这个就是5VDUAL产生电路。 在实际应用中比较器都需要上拉电源,而运算放大器一般不需要。 -END- | 整理文章为传播相关技术,版权归原作者所有 | | 如有侵权,请联系删除 | 【1】看了这20种运放典型电路,你还敢说你用不到吗? 【2】直观的让人发毛!巧识滤波、稳压、比较、运放电路 【3】干货!运放的电压追随电路分析 【4】怎样理解运放的轨至轨特性?这篇文章给你打开大门! 【5】运放的电压追随电路 免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

    时间:2020-11-10 关键词: 比较器 运算放大器

  • 运算放大器的串联:如何同时实现高精度和高输出功率

    运算放大器的串联:如何同时实现高精度和高输出功率

    工程师常常面对各种挑战,需要不断开发新应用,以满足广泛的需求。一般来说,这些需求很难同时满足。例如一款高速、高压运算放大器(运放),同时还具有高输出功率,以及同样出色的直流精度、噪声和失真性能。市面上很少能见到兼具所有这些特性的运算放大器。但是,您可以使用两个单独的放大器来构建这种放大器,形成复合放大器。将两个运算放大器组合在一起,就能将各自的优势特性集成于一体。这样,与具有相同增益的单个放大器相比,两个运算放大器组合可以实现更高的带宽。 复合放大器 复合放大器由两个单独放大器组合而成,分别具有不同的特性。图1所示就是这种结构。放大器1为低噪声精密放大器ADA4091-2。 在本例中,放大器2为AD8397,具有高输出功率,可用于驱动其他模块。 图1. 两个运算放大器串联构成复合放大器的示意图 图1所示的复合放大器的配置与同相放大器的配置类似,后者具有两个外部操作电阻R1和R2。将两个串联在一起的运算放大器看作一个放大器。总增益(G)通过电阻比设置,G = 1 + R1/R2。如果R3与R4电阻比发生变化,会影响放大器2 (G2)的增益,也会影响放大器1 (G1)的增益或输出电平。但是,R3和R4不会改变有效总增益。如果G2降低,G1将增加。 带宽扩展 复合放大器的另一个特性是具备更高带宽。相比单个放大器,复合放大器的带宽更高。所以,如果使用两个完全相同的放大器,其增益带宽积(GBWP)为100 MHz,增益G = 1,那么–3 dB带宽可以提高约27%。增益越高,效果越明显,但最高只能达到特定限值。一旦超过限值,可能会不稳定。两个增益分布不均时,也会出现这种不稳定的情况。一般来说,在两个放大器的增益均等分布的情况下,可获得最大带宽。采用上述值(GBWP = 100 MHz、G2 = 3.16、G = 10),在总增益为10时,两个放大器组合的–3 dB带宽可以达到单个放大器的3倍。 这种说明相对简单。增益均匀分布时,G2也会获得与放大器1相同的有效增益。但是,每个独立放大器的开环增益更高。增益较低时,例如,从40 dB降至20db时,两个放大器都会在开环曲 线的低区域内运行(参见图2)。如此,与具有同样增益的单个放大器相比,复合放大器可获得更高带宽。 图2. 通过复合放大器扩展带宽 直流精度和噪声 在典型运算放大器电路中,部分输出会馈送到反相输入。如此,可以通过反馈路径来修正输出误差,以提高精度。图1所示的组合也为放大器2提供了单独的反馈路径,虽然它也在放大器1 的反馈路径中。整体配置输出会因放大器2产生更大误差,但在反馈给放大器1时,会修正这种误差。因此,可以保持放大器1的精度。输出失调仅与第一个放大器的输入失调误差成正比,与第二个放大器的失调电压无关。 噪声分量也一样。它也通过反馈得到修正,其中交流信号与两个放大器级的带宽预留相关。只要第一个放大器级具备足够带宽,它就会修正放大器2的噪声分量。至此,其输出电压噪声密 度占主导地位。但是,如果超过了放大器1的带宽,那么第二个放大器的噪声分量开始占主导。如果放大器1的带宽过高,或者远高于放大器2的带宽,就会产生问题。这可能导致复合放大器的输出中出现额外的噪声峰值。 结论 通过将两个放大器串联在一起,可以将两者的出色特性相结合,从而获得使用单个运算放大器无法实现的结果。例如,可以实现具有高输出功率和高带宽的高精度放大器。图1所示的示例电路使用了轨到轨放大器AD8397(–3 dB带宽 = 69 MHz)和精密放大器ADA4091-2(–3 dB带宽 = 1.2 MHz),将两者组合得到的带宽比单个放大器(放大器1)的带宽要高2倍以上(G = 10)。此外,将AD8397和各种精密放大器组合,还可以降低噪声,并改善THD特性。但是,在设计中,还必须通过修正放大器配置来确保系统的稳定性。如果考虑所有标准,复合放大器也可能适用于各种要求严苛的广泛应用。

    时间:2020-11-02 关键词: 高精度 高输出功率 运算放大器

  • 合理使用运算放大器,方便你我他!

    运算放大器是具有很高放大倍数的电路单元,在实际电路中,通常结合反馈网络共同组成某种功能模块,它是一种带有特殊耦合电路及反馈的放大器。 目前,运算放大器被广泛应用于电子行业中,但是如果在使用运算放大器的过程中不“遵守”一些规则,可能会造成严重后果。 下面谈谈我用运算放大器的一点体验和经验: 0 1 运算放大器的输出电压问题 目前市场上的运算放大器依然存在一些不可避免的缺陷,输出电压很难达到其理想的电源电压(空载情况下可以达到电源电压)。 而且实际应用中,输出电压都会带有一定的负载,负载越大,其电压损耗越大。 那么这个时候如果引入负电源,其电压输出就能够达到理想的电源电压范围。 0 2 反馈回路千万不能并接电容 如果一个用于直流信号放大的电路,为了去耦,不小心把电容并接到了反馈回路,反馈信号的相位发生了改变,很容易就会发生振荡。 所以,在放大电路中,反馈回路不能加入任何影响信号相位的电路。 0 3 反馈回路的Layout注意事项 反馈回路的元器件必须要靠近运算放大器,而且PCB走线要尽量短,同时要尽量避开数字信号、晶振等干扰源。 反馈回路的布局布线不合理,则会容易引入噪声,严重会导致自激振荡。 0 4 运算放大器输入电压限制 众所周知,电子元器件都是在特定的输入电压范围内正常工作的,运算放大器当然也不例外。 如果运算放大器的输入电压超出范围,那么运算放大器就会出现工作不正常的现象,甚至一些更严重的情况。 0 5 必须重视电源滤波 运算放大器的电源滤波不容忽视,电源的好坏直接影响输出。 特别是对于高速运算放大器,电源纹波对运算放大器输出干扰很大,弄不好就会变成自激振荡。 所以最好的运算放大器滤波是在运算放大器的电源脚旁边加一个0.1uF的去耦电容和一个几十uF的钽电容,或者再串接一个小电感或者磁珠,效果会更好。 0 6 结语 只要合理的使用运算放大器,便不用担心使用运算放大器带来的问题。 目前随着国内智能穿戴、便携电子设备空前发展,运算放大器的应用范围将会得到进一步提升。 关注微信公众号『玩转嵌入式』,后台回复“128”获取干货资料汇总。 视频仿真推荐: 视频仿真:整流桥-脉动直流 视频展示:什么是拉电流/灌电流 视频仿真:易出错的典型电路。 视频:555构成多谐振荡电路,输出脉宽可调的方波 免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

    时间:2020-10-27 关键词: 电路设计 运算放大器

  • 模拟电路的精髓:运放,该如何选型?

    运放是模拟电路中非常常用的电子元器件可以起到小信号的放大作用、实现不同电压的比较等作用。运放电路设计起来很不容易,在型号选择上一定要谨慎。下面和大家分享一下运放选型的方法。 1 从供电电源方面来考虑 运放多数都是即可以双电源供电,又可以单电源供电的,而有的运放却只支持单电源供电,并且供电范围也不相同。在选择运放时,供电范围一定要考虑清楚供电参数,以防止因供电问题导致运放电路不能正常工作。 2 是否是轨到轨应用 轨到轨有输入和输出之分,多数情况下是指输出轨到轨,即满幅输出,输出信号能达到电源的幅值。如果用在精密放大、对输入输出关系要求线性要求较高、输出幅值要求能达到电源幅值,必须使用轨到轨的运放。如果不要求线性输出或者仅仅用作比较,则可以考虑非轨到轨运放。如常用的LM358是非轨到轨运放。 3 考虑共模抑制比 共模抑制比用CMRR来表示,是指对两个输入端上的共模信号的抑制能力,定义式表示为对差模信号的电压增益与共模信号电压增益的比值,表示了差模输入时抑制共模干扰信号能力,是衡量了运算放大器对输入信号共模信号的抑制能力。在设计运放电路时一定要考虑共模信号的输入范围,防止电路不能正常工作。 4 是否是精密运放 在放大微弱信号时,对运放的精密性要求比较高,需要考虑输入失调电压,是否存在零漂。在使用一些模拟类传感器时,可能会发现这样的说明:输入为零时,输出信号不大于多少。运放都存在输入失调电压的情况,即输入为零时,输出不为零,需要电路调整。 5 其他参数 其他参数,如工作温度范围、封装形式、运放通道数、价格等。 总之,运放的选择是比较复杂的,不同运放之间,价格相差巨大,一定要根据实际使用情况,正确选择运放参数。 免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

    时间:2020-10-26 关键词: 模拟电路 运算放大器

  • 学会虚断和虚短,运放电路就不难!

    什么是运算放大器 运算放大电路是模拟电路的精髓所在,起到信号放大的作用,设计不同的反馈网络,运算放大器可以实现加法、减法、微分和积分等数学运算功能。其功能强大,多级放大电路分析起来也有一定的难度。好在有方法可用,比如利用“虚短”和“虚断”分析运放电路。 运放电路分析方法 今天借助一个后台粉丝发的电路图,跟大家介绍以下虚断和虚短的用法。 同相比例运放电路 上图中,运放的同相端接的是一个电压基准芯片,电压为2.5V,负向端通过一个电阻R2接地,电阻R1构成反馈网络。从电路结构上很容易判断,这是一个同相比例运算放大电路。 虚短的使用方法 在运放电路中使用虚短分析问题时,是有条件的,运放需工作在放大状态,需要满足两个条件: 运放的开环增益足够大; 运放存在负反馈电路; 运放的输出Vo,放大增益G还有输入V+和V-存在如下的关系: Vo = G×(V+-V1),Vo的最大值是不会超过供电电源的,要想增益G足够大,那么V+和V-的差值就要足够的小,小到一定程度就可以得出V+=V-,这就是虚短的由来。所以,上图中同相端是2.5V,那么负向端的输入也是2.5V。 虚断的使用方法 运放电路的输入阻抗非常大,以至于输入端流入的电流微乎其微,从而可以忽略不计,可以认为是断路的,实际上并没有断,叫做“虚断”。所以,流过电阻R2的电流和流过电阻R1的电流是相等的。即得到如下计算公式: (Vo-2.5)/R1 = (2.5-0)/R2,由此得出Vo=2.5×(1+R1/R2)。 仿真结果 通过使用Proteus仿真软件可以查看仿真结果,搭建好的仿真电路如下所示。 搭建好的运放电路 正向端的2.5V直接用电源代替,LM358用24V供电,输出端接DC直流电压表。 当电阻R1/R2=1时,放大倍数为2倍,输出为5V,其仿真输出如下所示。 放大2倍时的输出 当电阻R1/R2=2时,放大倍数为3倍,输出为7.5V,其仿真输出如下所示。 放大3倍时的输出 当电阻R1/R2=3时,放大倍数为4倍,输出为10V,其仿真输出如下所示。 放大4倍时的输出 当电阻R1/R2=4时,放大倍数为5倍,输出为12.5V,其仿真输出如下所示。 放大5倍时的输出 当电阻R1/R2=11时,放大倍数为12倍,其仿真输出如下所示。 饱和输出 当放大倍数为11倍时,理论上运放会输出30V,但是运放的输出最大不会超过供电电压,而LM358不是轨到轨的运放,所以不会满幅输出,最大输出为比电源电压低1.5-2V左右,所以仿真输出22.5是正常的。 大家在用虚短和虚断分析运放电路时一定要注意虚短的使用条件,运放电路难计算但是并不可怕。欢迎大家关注本头条号:玩转嵌入式,获取更多电子知识。 免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

    时间:2020-10-26 关键词: 电路图 运算放大器

首页  上一页  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 下一页 尾页
发布文章

技术子站

更多

项目外包