第3章 模拟电路设计_1

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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

开环增益直接影响运算精度和许多特性指标，Ao愈大愈好。理想运算放大器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。理想运放。

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，理想运放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。理想运放的rid为无穷大。

理想运放输出电阻ro。理想闭环电路ro=0，ro表征器件对负载的驱动能力。

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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定。理想运放的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，即输出信号对时间变化的斜率.

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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采用大规模集成工艺，输入级使用了MOSFET，输入电阻达1012Ω。电路采用斩波自动稳零及调制与解调（200Hz）等措施，使小至1µV，温度漂移也很小，应用时无须失调调整，十分方便。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

BW>100MHz，在放大高频率信号时必须使用它们。 THS4001 270MHz

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、A0两引脚的控制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2µV/℃。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。理想闭环增益仅取决

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

特性的根本原因。

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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

首先应根据输入信号的极性，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使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必要的，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，需注意以下各点：o（1）选用低噪声的运算放大器

o（2）采用噪声极微的分立元件FET对管构成前置差分放大电路

o（3）闭环负反馈电路采用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，采用高BW、高SR的运放显然是非常必要的。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充分说明了带宽与闭环增益的矛盾。需要注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用较多。

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放大电路设计要点

6．运算放大器的保护措施

图3.2.10 运放的保护电路

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

采用图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．注意运放的稳定性

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理想运放为依据，根据简化的公式进行。当设计一个精密放大或运算电路时，实际运放参数的影响不可忽略。

1．开环增益A0

2．CMRR的影响

3．输入、输出电阻

4．输入失调电压

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