放大器在信号处理中的应用(科创)课件.ppt

1、放大器在信号处理中的应用放大器在信号处理中的应用一、运算放大器的结构一、运算放大器的结构单运放单运放 双运放双运放 四运放四运放放大器的结构放大器的结构旧结构：分三级旧结构：分三级 输入级：双端输入，双端输入转单端输出，提高输入阻抗输入级：双端输入，双端输入转单端输出，提高输入阻抗中间级：提高增益中间级：提高增益输出级：增大驱动负载能力输出级：增大驱动负载能力新结构：分二级新结构：分二级 输入级：双端输入转单端输出，提高输入阻抗，提高增益输入级：双端输入转单端输出，提高输入阻抗，提高增益输出级：增大驱动负载能力输出级：增大驱动负载能力二、理想运放的特性二、理想运放的特性1 1、直流放大倍数为无

2、穷大、直流放大倍数为无穷大 最好最好8102 2、交流带宽为无限宽、交流带宽为无限宽 实际为：实际为：0/1fjfAAd3 3、 输入电阻为无穷大输入电阻为无穷大 JFET OPA128JFET OPA128121013104 4、失调电压为、失调电压为0V0V5 5、输入偏置电流为、输入偏置电流为0V 75fA0V 75fA6 6、输出电阻为（、输出电阻为（5 5200200欧）欧）7 7、输出电压调整率为无穷大、输出电压调整率为无穷大8 8、输出电流为无穷大、输出电流为无穷大 一般为一般为10mA10mA三、运放的直流特性三、运放的直流特性1 1、 直流放大倍数直流放大倍数 80dB-16

3、0dB80dB-160dB2 2、失调电压、失调电压双极型：双极型：1mV 1mV 变化规律变化规律 CVdtdVos/)53(JFETJFET型型 无规律无规律CVdtdVos/02. 0最好最好3 3、失调电流、失调电流双极型正向工作电流双极型正向工作电流 温度系数（温度系数（TCTC）0.5-1%/0.5-1%/度度JFETJFET型是反向漏电流，它随温度变化剧烈，型是反向漏电流，它随温度变化剧烈，没没1010度翻一番度翻一番4 4、电压摆率、电压摆率maxoRddtVS 5 5、共模抑制比、共模抑制比cmdmAA共模抑制比cmdmAAlg20CMRR CMRRCMRR随频率升高而下降随

4、频率升高而下降四、运放的频率特性四、运放的频率特性1 1、开环增益、开环增益01)(ffjAjAd0ff dAA 0ff ffAffAAdd0201 0fAfdc2 、反馈系数的计算、反馈系数的计算FAAk1A：开环放大倍数：开环放大倍数F：反馈系数：反馈系数（1） 同相放大器同相放大器211RRRF（2）反向放大器）反向放大器211RRRF（3）积分器的反馈系数）积分器的反馈系数RCjRCjF13、放大器闭环稳定性问题、放大器闭环稳定性问题FAAk1当：当：01 FA系统不稳定系统不稳定判断稳定判断稳定性的简便性的简便方法方法根据放大器开环幅频特性与闭环增益幅频特性根据放大器开环幅频特性与闭

5、环增益幅频特性的交角情况，就可以判断稳定性的交角情况，就可以判断稳定性若交角为若交角为-20dB/dec -20dB/dec 若交角为若交角为-40dB/dec -40dB/dec 系统稳定系统稳定系统不稳定系统不稳定特例：单位增益不稳定的放大器特例：单位增益不稳定的放大器OP37 LF357。同相增益大于同相增益大于5 5反相增益大于反相增益大于4 44 4、闭环放大器的幅值误差和相位误差、闭环放大器的幅值误差和相位误差FAFFAFFAAk11111111放大器的放大器的闭环增益闭环增益在直流时，在直流时，F F是实数，是实数，A A可以用可以用AdAd代替。代替。 误差项误差项下面分析交流

6、运用时的幅值误差和相位误差下面分析交流运用时的幅值误差和相位误差 对于单极点运放：对于单极点运放： 0/1fjfAAd011111111FfAfjFAFFAFkdd闭环放闭环放大倍数大倍数5 . 020111FfAfFd202111FfAfFd当当ff0ff0ffAAd0212111FAFk2121FA幅值误差幅值误差相位误差相位误差FAFfAftgdd1101Ffftgc1五、运放的工作方式五、运放的工作方式Va=0 a点常称“虚地”点。R2：反馈电阻。闭环放大：接入R2开环放大：不接R2，放大倍 数无穷大。+10V-10VV i V o Vai 1 a i2iaV3i3k101R310kR

7、k1002R-+120ii120iOvvRR则21oiRvvR R3是平衡电阻，保证静态时两输入端的电阻相等。 312/RRR根据节点电流法得：1 反相比例放大器反相比例放大器 运算放大器运算放大器2、电压跟随器、电压跟随器特点：特点： 输入阻抗无穷大输入阻抗无穷大(虚断虚断)； 输出阻抗为零；输出阻抗为零；应用：应用：1、提高带载能力、提高带载能力 2、在电路中隔离前后两级电路。、在电路中隔离前后两级电路。 uo= ui运算放大器运算放大器3 3、差动放大器、差动放大器（减法器）（减法器）方法1：120ii120bouuuuRR434aRuuuRR令：13RR24RR2121()()obaa

8、bRRuuuuuRR 解得解得 ：4.4.同相比例放大器同相比例放大器。取且因ioioURRURRRRURRRUURRRUUU422143433121i/0I5.5.全加器全加器 43251/RRRRR335225115URRURRURRUo全加器电路如图所示，全加器电路如图所示，当运算放大器开环增当运算放大器开环增益足够大时，若益足够大时，若则根据运放的特性则根据运放的特性可以得到可以得到: :6.6.微分器微分器 i tCdu tdtiti tutR itR Cdu tdtiiFioF FFi( )( )( )( )( )( )( ) 电路如图所示，当运算电路如图所示，当运算放大器开环增益

9、足够大放大器开环增益足够大时，有时，有 7. 7.积分器积分器电路如图所示，把微分器电路中电阻与电容的位置交换一下， 就可得到一个运放积分器。uRCu dtoit 10 8. 8.迟滞比较器迟滞比较器 始终保持为正向最大值 iUUoUoMAXUREFiOFFoMAXRURRURRRURU212211迟滞比较器是一种带有正反馈的运放电路。这种比较器又称为施密特触发器，常用于信号的整形电路。工作原理：负值比较大时负值比较大时，此时输出为正向最大值，根据叠加原理，此时为当 Ui由负向正逐渐增大时负向正逐渐增大时，只要 UUi小于 UoUoMAX迟滞比较器迟滞比较器 但但 当增大到当增大到 UiUUU

10、iiOFFUo将跳变到负向最大值。此时 iONoMAXRURRURRRURU212211可见，迟滞比较器的输出仅有UOMAX和- UOMAX两个电压 状态。迟滞比较器波形及迟滞曲线迟滞比较器波形及迟滞曲线U+UoUiONUiOFFUoUiU+ttUoUiUiOFFUiON微分器如图所示微分器如图所示C=1uF R=100kC=1uF R=100k欧欧运放运放uA741 fc=1MHz fo=5Hz(1)作uA741的开环幅频特性(2)R1=0时，作1/F的幅频特性，分析其稳定性(3)R1=1k时，作1/F的幅频特性，分析其稳定性MEASURING INPUT OFFSET VOLTAGEOP1

11、77/AD707 OFFSET ADJUSTMENT PINSOP AMP TOTAL OFFSET VOLTAGE MODEL121212112121RRRRRRRIRRVRRVVBosinoutCALCULATING OFFSET ERROR DUE TO COMMON MODE REJECTION RATIO (CMRR)Mismatched Resistor TCs Can InduceTemperature-Related Gain ErrorsUneven Power Dissipation Between Resistors With Identical TCs Can Also

12、 Introduce Temperature-Related Gain ErrorsVin=0Vno heatVin=100mV?放大器放大器OPA627OPA627的单位增益带宽积为的单位增益带宽积为16MHz16MHz，用其放大，用其放大50kHz50kHz的交流小信号，采用如图所示电路，计算幅度误差和相位的交流小信号，采用如图所示电路，计算幅度误差和相位误差误差例题：例题：2121FA幅值误差幅值误差相位误差相位误差FAFfAftgdd1101Ffftgc1放大器放大器OPA227OPA227的单位带宽积为的单位带宽积为8MHz8MHz，共模抑制比为，共模抑制比为120dB,120dB,

13、失调电压为失调电压为10uV10uV，输入直流信号为，输入直流信号为1V1V，采用如图所示电路，采用如图所示电路，只考虑失调电压和共模抑制比，求输出电压。只考虑失调电压和共模抑制比，求输出电压。例题：例题：单电源工作放大器单电源工作放大器交流反相工作方式交流反相工作方式这两种方案有何不同？这两种方案有何不同？交流同相工作方式交流同相工作方式单电源工作放大器单电源工作放大器单电源工作放大器单电源工作放大器交流减法器交流减法器放大器的保护放大器的保护Vs1 1 器件保护器件保护信号小的时候，这种信号小的时候，这种保护没有必要保护没有必要OP07 OP27 OP37OP07 OP27 OP37内部有二极管内部有二极管二极管有光二极管有光照时，产生照时，产生电流电流放大器的保护放大器的保护这种保护损这种保护损害输入特性害输入特性输入电流增大输入电流增大输入阻抗降低输入阻抗降低噪声增大噪声增大放大器的保护放大器的保护正常工作时，二极正常工作时，二极管两端电压相等，管两端电压相等，保证输入阻抗，降保证输入阻抗，降低输入电流低输入电流放大器的屏蔽放大器的屏蔽