電子電路設計中最常用的運算放大器應用及典型設計

2021-01-15 OFweek維科網

我將在實際工作中我經常運用到的運放放大器電路推薦給大家;其應用領域已經延伸到汽車電子、通信、消費等各個領域,並將在未來技術方面扮演重要角色。

首先運算放大器其按參數可分為如下幾種:

通用型運算放大器:

主要特點是價格低廉、產品量大面廣,其性能指標能適合於一般性使用。

低溫漂型運算放大器:

在精密儀器、弱信號檢測等自動控制儀表中,總是希望運算放大器的失調電壓要小且不隨溫度的變化而變化。

高阻型運算放大器:

特點是差模輸入阻抗非常高,輸入偏置電流非常小,一般rid>1GΩ~1TΩ,IB為幾皮安到幾十皮安。

高速型運算放大器:

主要特點是具有高的轉換速率和寬的頻率響應。

低功耗型運算放大器:

由於電子電路集成化的最大優點是能使複雜電路小型輕便,所以隨著可攜式儀器應用範圍的擴大,必須使用低電源電壓供電、低功率消耗的運算放大器相適用。

高壓大功率型運算放大器:運算放大器的輸出電壓主要受供電電源的限制。

可編程控制運算放大器:

在儀器儀表得使用過程中都會涉及到量程得問題.為了得到固定電壓得輸出,就必須改變運算放大器得放大倍數。

我們關鍵的幾個關鍵參數問題!

1.低功耗的需求?

2.低噪聲的需求?

3.高精度的需求?(較低的失調電壓)

4.高速的需求?(運放的帶寬高,跟運放的帶寬要求相關)

5.壓擺率的需求?(1V/uS以上)跟運放的帶寬相關,速率高—壓擺率高!

6.幾個通道的需求?(單通道或雙通道)

7.是否需要軌對軌?(信號的失真性小,信號可滿擺幅輸出!)

8.失調電壓的需求?(是否5mV以內)

9.通用運放主要指標

GBW在1MHz左右

失調電壓 > 5mV

壓擺率為1V/?S以上

Railto Rail概念

A.輸入失調電壓VOS(input offsetvoltage)輸入電壓為零時,將輸出電壓除以電壓增益,即為折算到輸入端的失調電壓。是表徵運放內部電路對稱性的指標。

說明:失調電壓越低,運放性能指標就越高,其內部的對稱性指標就越好。

B.壓擺率SR(Slew rate)其特徵參數數據越高運放的性能也越優越。表徵其工作時的響應速度,輸出電壓的響應速度能快速跟蹤輸入電壓的性能指標。

說明:壓擺率越高越好,其輸出電壓的響應速度會越快。

C.電壓/電流噪聲eN(@1KHz)(Voltage Noise)其特徵參數越大越好。進行運算放大時其背景噪聲的幹擾會越小。

說明:電壓/電流的噪聲電壓越小越好。其輸出放大的背景噪聲就越小。有用信號更容易取得。

D.諧波失真THD(total harmonic distortion)其百分數越低越好。表徵其輸出信號對比輸入信號的失真度情況。

說明:THD值越低越好,表明其輸出波形的相似度等級。

常用OP-運放放大器電路設計應用如下:

1.InverterAmp.反相位放大電路:

放大倍數為Av=R2/R1但是需考慮規格之Gain-Bandwidth數值。

R3=R4提供1/2電源偏壓

C3為電源去耦合濾波

C1,C2輸入及輸出端隔直流

此時輸出端信號相位與輸入端相反

2、Non-inverterAmp.同相位放大電路:

放大倍數為Av=R2/R1

R3=R4提供1/2電源偏壓

C1,C2,C3為隔直流

此時輸出端信號相位與輸入端相同

3、Voltagefollower緩衝放大電路:

O/P輸出端電位與I/P輸入端電位相同

單雙電源皆可工作

4、Comparator比較器電路:

I/P電壓高於Ref時O/P輸出端為Logic低電位

I/P電壓低於Ref時O/P輸出端為Logic高電位

R2=100*R1用以消除Hysteresis狀態,即為強化O/P輸出端,Logic高低電位差距,以提高比較器的靈敏度

(R1=10K,R2=1M)

單雙電源皆可工作

5、Square-waveoscillator方塊波震蕩電路:

R2=R3=R4=100K

R1=100K,C1=0.01uF

Freq=1/(2π*R1*C1)

6、Pulsegenerator脈波產生器電路:

R2=R3=R4=100K

R1=30K,C1=0.01uF,R5=150K

O/P輸出端OnCycle=1/(2π*R5*C1)

O/P輸出端OffCycle=1/(2π*R1*C1)

7、Activelow-passfilter有源低通濾波器電路:

R1=R2=16K

R3=R4=100K

C1=C2=0.01uF

放大倍數Av=R4/(R3+R4)

Freq=1KHz

8、Activeband-passfilter有源帶通濾波器電路:

R7=R8=100K,C3=10uF

R1=R2=390K,C1=C2=0.01uF

R3=620,R4=620K

Freq=1KHz,Q=25

9、High-passfilter高通濾波器電路:

C1=2*C2=0.02uF,C2=0.01uF

R1=R2=110K

6dBLow-cutFreq=100Hz

10、Adj.Q-notchfilter頻寬可調型濾波器電路:

R1=R2=2*R3

C1=C2=C3/2

Freq=1/(2π*R1*C1)

VR1調整負回授量,越大則Q值越低。(表示頻帶變寬,但是衰減值相對減少。)

R1,R2,R3,C1,C2,C3為Twin-Tfilter結構。

11、Wien-bridgeSine-waveOscillator文橋正弦波震蕩電路:

R1=R2,C1=C2

R3與D1,D2Zener產生定點壓負回授

Freq=1/(2π*R1*C1)

D1與D2可使用Lamp效果更佳(產生阻抗負變化係數)

12、Peakdetector峰值檢知器電路:(範例均為正峰值檢知)

本電路僅提供思維參考用(右方電路具放大功能)

Eo=Ei*(R4+R3)/R3

S1為連續取樣開關,因應峰值不斷的變化。

13、Positive-peakdetector正峰值檢知器電路:

R1=1K,R2=1M,C1=10uF

只有在I/P電位高於OP-端電位時,才能使Q1導通,O/P電位繼續升高.

正峰值必須低於電源正值,所得數據為最高值。

14、Negative-peakdetector負峰值檢知器電路:

R1=1M,C1=10uF

只有在I/P電位低於OP-端電位時,O/P電位繼續降低.

負峰值必須高於電源負值,所得數據為最高值。

15、RMS(Absolutevalue)detector絕對值檢知器電路:

不論I/P端極性為何,皆可由O/P端輸出,若後端再接上正峰值檢知器電路,

即可取得RMS數值。

總結:

上述的電路結構運用範圍廣;如果了解電路工作原理對於我們無論多複雜的結構電路都能有清晰的認識!

更多技術設計應用及技術交流;請關注公眾號

更多應用細節& EMC相關知識!-6大設計系列:

相關焦點

  • 運算放大器設計中需要注重的細節問題
    作為電子工程師,運算放大器算是很常見的一種IC了。如果今天還說加法電路,減法電路、乘法電路、指數電路什麼的,未免對不起大家。那麼,今天就說說一些設計的細節內容。
  • 放大器電路設計中的常見問題經驗總結
    本文將討論一些最常見的應用問題,並給出實用的解決方案。本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/281686.htm  AC耦合時缺少DC偏置電流迴路  最常遇到的一個應用問題是在交流(AC)耦合運算放大器或儀表放大器電路中沒有提供偏置電流的直流(DC)迴路。
  • 高效設計運算放大器加法器電路
    傳統反相運算放大器的加法器配置利用反相輸入端的低阻抗節點(虛擬地)的特性而實現。加法電路非常直觀且易於分析和使用,不過它確實存在某些限制。
  • 放大器電路設計中,如何避免這些bug?
    AC耦合時缺少DC偏置電流迴路本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201805/379370.htm  最常遇到的一個應用問題是在交流(AC)耦合運算放大器或儀表放大器電路中沒有提供偏置電流的直流(DC)迴路。
  • 模擬工程師電路設計指導手冊:運算放大器①
    音頻同相麥克風前置放大器電路TIA 麥克風放大器電路模擬工程師電路設計指導手冊:放大器(第二版)編輯者的話:模擬工程師電路設計指導手冊:放大器可提供放大器子電路設計理念,便於您快速借鑑這些理念來滿足特定系統需求。
  • 運算放大器中如何放大倍數的電路單元
    運算放大器中如何放大倍數的電路單元 工程師黃明星 發表於 2018-08-28 14:08:15 運算放大器(簡稱「運放」)是具有很高放大倍數的電路單元。
  • 運算放大器的噪聲分析與設計
    D類音頻功率放大器中,前置運算放大器是一個比較重要的模塊,它位於整個拓撲結構中的前面,完成輸入信號源的加工處理,或者實現放大增益的設置,或者實現阻抗變換的目的,使其和後面功率放大級的輸入靈敏度相匹配;前置放大器獲得並穩定輸入音頻信號,並確保差動信號,設計時需要儘量減小其等效輸入的閃爍噪聲及熱噪聲
  • 必知運算放大器知識:相位補償、調零電路、偏置電流
    作為電子工程師,運算放大器算是很常見的一種IC了。如果今天還說加法電路,減法電路、乘法電路、指數電路什麼的,未免對不起大家。那麼,今天就說說一些設計的細節內容。  第一、偏置電流如何補償  對於我們常用的反相運算放大器,其典型電路如下:  在這種情況下,R3為 平衡電阻
  • 基於NE5534運算放大器的頻率補償電路設計
    本次設計是在詳細分析所給模擬模塊與設計任務的基礎上,採用NE5534運算放大器作為核心晶片來構造頻率補償電路從而達到頻率補償的作用的。通過以上分析得出補償電路由放大電路以及兩個慣性環節構成,通過並聯補償的方式用一個加法器將三部分相加即可將頻率拓展至100kHz並且達到設計的要求,最後通過一個反相放大器進行信號的放大使幅度達到要求。
  • 採樣保持電路中全差分運算放大器的設計與仿真
    摘要:本文設計了一種全差分運算放大器,對運算放大器的AC 特性和瞬態特性進行了仿真分析和驗證。該運放採用摺疊式共源共柵結構、開關電容共模反饋(SC-CMFB)電路以及低壓寬擺幅偏置電路,以實現在高穩定下的高增益和大輸出擺幅。在Cadence 環境下,基於CSMC 0.6um 工藝模型,進行了仿真分析和驗證。結果表明,運算放大器滿足設計要求。
  • 集成運算放大器的應用有哪些?
    打開APP 集成運算放大器的應用有哪些? 發表於 2018-01-06 12:32:26 集成運算放大器簡稱集成運放,隨著電子技術的發展,集成運放的各項性能指標不斷提高。目前,它的應用已大大超出數學運算的範疇。
  • 儀表放大器的特點和電路設計原理
    一個高質量的儀表放大器典型的線性誤差為0. 01 % ,有的甚至低於0. 0001 %.低失調電壓和失調電壓漂移 儀表放大器的失調漂移也由輸入和輸出兩部分組成,輸入和輸出失調電壓典型值分別為100μV 和2 mV.
  • 一款高性能共源共柵運算放大器設計
    本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/186380.htm關鍵詞:CMOS工藝;摺疊式共源共柵;運算放大器;Spectre運算放大器是模擬電路中最重要和最通用的單元電路之一,同時也是許多模擬系統和數/模混合信號系統中的一個完整模塊。運放具有足夠大的正向增益,當加負反饋時,閉環傳輸函數與運算放大器的增益幾乎無關。
  • 什麼是運算放大器
    運算放大器(Operational Amplifier,簡稱OP、OPA、OPAMP、運放)是具有很高放大倍數的電路單元。在實際電路中,通常結合反饋網絡共同組成某種功能模塊。由於早期應用於模擬計算機中,用以實現數學運算,故得名「運算放大器」。
  • 運算放大器增益誤差設計的解決方案分析
    > 作者:Bonnie Baker,德州儀器 (TI),高級應用工程師 您坐下來為您的電路選擇合適的運算放大器 (op amp) 時,首先要做的便是確定系統通過該放大器進行傳輸的信號帶寬。一旦您確定下來這一點,您便可以開始尋找正確的放大器。來自高速設計專家的告誡是:您應該避免使用相對您的應用而言速度過快的模擬器件。因此,您要儘量選擇一種閉環帶寬稍高於信號最大頻率的放大器。 它聽起來好像是一種較好的產品選擇方案,但是這種設計方法將可能會給您的應用板帶來災難性的後果。
  • 一種寬帶軌對軌運算放大器設計
    一種寬帶軌對軌運算放大器設計 王怡倢,李會方,溫 發表於 2011-09-05 14:12:09 設計了一種寬帶軌對軌運算放大器,此運算放大器在3.3 V單電源下供電,採用電流鏡和尾電流開關控制來實現輸入級總跨導的恆定
  • 運算放大器的作用(運算放大器的實際應用)
    運算放大器(簡稱「運放」)是具有很高放大倍數的電路單元。在實際電路中,通常結合反饋網絡共同組成某種功能模塊。它是一種帶有特殊耦合電路及反饋的放大器。其輸出信號可以是輸入信號加、減或微分、積分等數學運算的結果。由於早期應用於模擬計算機中,用以實現數學運算,故得名「運算放大器」。
  • 一種恆跨導CMOS運算放大器的設計
    摘要:設計了一種寬帶軌對軌運算放大器,此運算放大器在3.3 V單電源下供電,採用電流鏡和尾電流開關控制來實現輸入級總跨導的恆定。
  • 運算放大器基本電路大全
    在設計單電源電路時需要比雙電源電路更加小心,設計者必須要完全理解這篇文章中所述的內容。1.1 電源供電和單電源供電 所有的運算放大器都有兩個電源引腳,一般在資料中,它們的標識是VCC+和VCC-,但是有些時候它們的標識是VCC+和GND。這是因為有些數據手冊的作者企圖將這種標識的差異作為單電源運放和雙電源運放的區別。
  • 運算放大器電路的固有噪聲分析與測量(六)
    圖 6.12 比較了 OPA132 在熱穩定環境下與在典型實驗室環境下的輸出。假設最壞情況下的運算放大器漂移,在典型實驗室環境下,失調電壓漂移將為 60uV 左右(根據產品說明書(10uV/C)(6C) = 60uV)。圖 6.12 中的放大器增益為 100,因此輸出漂移的近似值為 6mV(即 (60uV)(100) = 6mV)。