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运放使用指南
1、反相放大器(The Inverting Amplifier)
基本反相放大器电路如图1所示。其中,
Vo??RR2?Vi,R3?R1||R2,当2的数值远小于R1R1Viop开环增益时,这个数值就是反相放大器的增益,运
算放大器的输入阻抗就是R1的值,
o闭环增益带宽?单位增益带宽
1?闭环增益
图1 反相放大器
在设计时要注意的是:R3的阻值应该等于R1和
R2的并联阻值,以减小输入偏置电流所带来的失调电压。输出失调电压?输入失调电压?闭环增益。运放输入端失调电压的主要来源是偏置电流(Input bias current)和输入失调电压(Input offest voltage)。对于一个给定的op,输入失调电压就已经确定了,但是由于输入失调电流所带来的失调电压与所采用的电路的结构有关系。为了在不使用使调整电路的情况下,减小输入偏置电流所带来的失调电压,应该使得同相输入端和反相输入端对地直流电阻相等,使得由于偏置电流在输入电阻上压降所带来的失调电压相互抵消。
在低内阻信号源的放大器中,op的输入失调电压将成为失调电压误差的主要来源。在高输入阻抗的情况下,失调电压可以采用R3的阻值来调整,利用输入偏置电流在其上的压降来对输入失调电压做补偿(即用这个
得到的压降来抵消输入失调电压)。
在交流耦合时,失调电压并不显得很重要。这时的主要问题是:失调电压减小了输入电压峰——峰值的线性动态范围。
工作范围在闭环状态下的op和其反馈网络的增益——频率特性
为了实现稳定,op和反馈环路对任何频率的信号,在环路增益大于1时的环路相移的角度绝对不能超过180。在实践上,为了达到稳定条件,相移角度不应该接近180。对于一个给定的op放大器电路,在进行电容补偿是需要在稳定性和带宽之间进行权衡。加大补偿电容可以提高稳定性。但是牺牲了放大器的增益带宽,反之亦然。 oo
2、同相放大器(The Non-Inverting Amplifier)
图2是高输入阻抗的同相放大器电路,其闭环放大倍数?1?R2, R1
单位增益带宽
其3dB带宽?。和反相电路相比,其
闭环增益
最大的不同点在于,其输出信号和输入信号是同相的,且其输入阻抗是相当高的,为op差模输入阻抗与环路增益的乘积(环路增益?
R2
o
开环增益
)。对于图2所示
闭环增益
图2 同相放大器
电路,除了一点之外,均和反相放大器相同,在输入端悬浮的状态下,本电路的输出可能绝和,这点在要求op输出电压范围能够达到电源电压范围的时候很重要,对补偿的讨论和反相放大器相同。
2、单位增益缓冲器(The Unity-Gain Buffer) 单位增益缓冲器如图3所示。该电路在所有的放大组态电路中,具有最高输入阻抗。其输入阻抗为开环增益与差模输入阻抗之积和共模输入阻抗串联。其增益误差为开环增益的倒数。本电路在设计时应注意的事项有3个:
①必须对op在单位增益状态下做补偿; ②输出电压的摆幅可能会被op的共模范围所限制;
③在输入超过共模范围时,有的op可能会进入阻塞状态。例如,LM107可以避免上述问题。另外,也可以选用高速op,例如LM102。的电路电路如图4所示。在图4a)所示电路中,C的作用是避免当调整R2时,A点直流电位随之变化。图4b)所示电路中,Cin是用来阻止电路产生直流放大,电路只对交流产生放大作用。
R1
Vi
o
图3 单位增益缓冲器
2o
Vi
1
2
V2o
Av??
R1
,R3?R1||R2 R2
图4c)所示电路中,Av?1?
R2
R1
o
Impendance=
R2
,forminimum error due R1
To input bias current.
衰减(输出电压小于输入电压)电路
由运放组成的双电源供电的反向衰减器如图5a)所示,由单电源供电的反向衰减器如图5b)。在电路中,R2要小于
Vi
R1,但这种方法是不被推荐的,因为很多运放是不适宜工
作在放大倍数小于1的情况,正确的连接方法如图6a)、6b)所示,图6a)所示电路为双电源供电电路,图6b)所示电路为单电源供电电路。
VoVi
对于图6a)所示电路,R3?,对于图6b)所示电路,
Vo1?Vi
图5a)双电源供电
Vo
R3?
VoViV2?(1?o)
Vi
表1给出了单电源供电情况下,R阻值所产生的不同等级衰减,
对于表中没有的阻值,可以用R?
2?(1?o)
Vi
VoVi
来计算。
Vi
Vi
2