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如何玩转运算放大器?秘籍在此!

EmmaChen 在 2017-12-15 建立的討論區

江湖皆知,在电子设计领域若想成为一代大侠,必先夯实基础,方能武功大成!ADI技术总监作Dave Kress为此特地“撰写”了一套助你夯实基础的秘籍——《运算放大器基本原理》,版主现将秘籍精华摘录如下,供大家练(学)功(习)。

 

Ps.拿走秘籍的时候记得给版主赞赏个赞哦~

 

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废话不多说,秘籍来也——

 

放大器基础知识

 

一般来说,放大器会接受低电平、高源阻抗信号,将其变成高电平、低源阻抗信号,以便能够以更高的精度和保真度进行处理。当然,放大器的种类非常多,除运算放大器外,还有功率放大器、射频放大器、仪表放大器等,不同放大器适合与不同类型的传感器接口。多数复杂的放大器都是通过组合运算放大器构建的。运算放大器本身只是一种三引脚器件加上若干电源,其概念很简单,输入引脚接受非常小的信号,将其放大成非常大的信号后通过输出引脚输出。

 

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几乎所有情况下,运算放大器都是利用反馈网络以不同方式进行配置,以便对输入信号进行“运算”。运算放大器的名称就是由此而来的。这些运算可以是信号放大或是滤波,也可以是非线性的传递函数,比如指数,LOG运算,所有这些运放都可以利用不同的反馈网络,协同运算放大器来完成。

 

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放大器是非常强大的器件。它们是基本构建模块,常常用作传感器输入放大器,也常用于滤波。尤其是抗混叠滤波器。将模拟信号送入ADC转换器之前,必须通过滤波消除ADC转换器频段或采样频段中的任何信号,否则将会产生额外的失真,这称为抗混叠。这种滤波只能在模拟域中完成,通常要使用运算放大器。运算放大器还能用作ADC驱动器。

 

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理想运算放大器的差分增益非常高,近乎无限,许多器件的增益在一百万左右。理想放大器无共模增益,这意味着:如果同时摆动正负输入端,输出不会改变。还有,我们希望理想放大器的失调电压和偏置电流为0,即没有直流误差。另外噪声非常低,输入阻抗很高。这些特性非常重要,运算放大器的性能由它接近这些理想特性的程度来决定。

 

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运算放大器电路设计

 

利用运算放大器非常高的差分增益,我们能做些什么呢?首先,我们使用负反馈。也就是说,输出信号或其一部分反馈到负输入引脚。这样做时,反馈到负输入的输出就会上升,试图与输入信号匹配。当它变得非常接近输入信号时,输出就会稳定下来。当输入差值为0时,输出将停止移动。

 

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事实上,如果是直接馈送而无任何干扰,输出将严格跟随正输入端的输入信号。如果您有一个高增益器件,假设一个增益为一百万的放大器,施加一个1 V信号,反馈直接从输出端送到负输入端,输出将变为1 V - 1 μV。输入差将是1 μV,因为现在器件的增益是一百万,故输出等于一百万乘以1 μV,即1 V。净结果是存在1 μV的增益误差。几种典型的运放电路:

 

 

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运算放大器的主要性能特性

 

带宽和压摆率与运算放大器的速度有关;很久以前,如果运算放大器能够提供数MHz的带宽,我们就会相当满意。现在则达到了数GHz。失调电压和电流代表运算放大器的误差,假设有1 mV的失调电压,那么意味着当2路输入相差1 mV时,运算放大器会稳定下来。输入电流,当然有电流流向输入端,我们稍后再讨论。运算放大器的噪声,尤其是对传感器应用,常常是最重要的因素。

 

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这里只展示了秘籍的部分内容,欲获得完整秘籍,请点击: 【在线研讨会讲义PPT下载】玩转运算放大器?基础知识和原理必不可少!  下载哦~

結果