TI 运放放大器

,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,运算放大器的指标,电源,电源监视,显示,存储,电源分配,数据传输,传感器,信号调理,DSP/C,模拟输出,/,激励,ADC,DAC,信号调理,运算放大器在电子系统中的位置,运放,+,外部分立元件,=,放大器,:,改变信号的幅度,缓冲器,:,隔离输入和输出，阻抗匹配,（高输入阻抗，低输出阻抗）,滤波器,:,滤除不想要的频率分量：噪声和干扰,各种运算功能,:,积分，微分，乘法，对数，等等,V,CC,+,_,Z,IN,Z,FB,运放的功能,3,运放应该关注哪些指标,4,了解运放的对外接口,-,正负端输入,-,供电管脚,-,输出管脚,输入端口相关的指标,-,输入阻抗,-,带宽,BW,-,偏移电压,offset voltage,-,偏置电流,bias current,-,输入电压范围,-,噪声特性,输出端口相关的指标,-,输出的驱动能力,-,输出电压范围,-,压摆率,slew rate,供电相关指标,-,供电电压范围,-,静态电流,附加的功能管脚,输入端口相关的指标,-,输入阻抗,手册中的截图，关键字（,impedance, resistance,）,选择运放输入阻抗时要考虑到被放大对象（信源）的内阻。运放的输入阻抗要远远大于信源内阻。例如信源内阻为,10K,，则需要选择,100K,以上的输入阻抗才能达到,90%,的精度，要达到,99%,的精度则要选择,1M,以上的输入阻抗。,两个不同输入阻抗的运放对比,OPA211,双极型输入,OPA140 FET,输入,5,输入端口相关的指标,带宽,手册中的截图，关键字（,frequency response, GBW, bandwidth,）,对于宽带的运放，由于类型不同如,VFB,和,CFB,的，还会给出不同增益下的带宽，用于说明带宽随增益变化的规律。,OPA691,电流反馈型,(CFB),OPA830,电压反馈型,(VFB),输入端口相关的指标,带宽,GBP (Gain Bandwidth Product),VFB,类型的运放受增益带宽积的限制,Gain * Bandwidth = GBP,例如,a),带宽为,1MHz GBP,的运放,b),在,100,倍增益情况下只有,10KHz,带宽,注意：在电流反馈运放（,CFB,）中不受增益带宽积限制。,7,输入失调电压 （,Input Offset Voltage,）和,输入偏置电流（,Input Bias Current,）,直流指标，对运放直流精度的影响最为直观,失调电压,因同相端和反相端失配而产生的输入级固有电压差，越小越好,偏置电流,输入级为了能正常工作而对输入晶体管进行偏置所需要的基极电流（,BJT,）或栅极电流（,JFET,），可能流入（,npn BJT,或,p,沟道,JFET,）或流出（,pnp BJT,或,n,沟道,JFET,）运放的输入引脚，越小越好,R,2,-,+,R,1,R,3,ib,-,DV,OS,ib,+,V,S,-,V,S,+,V,IN,set,to 0 V,Ve,=,Vos,*,Gain+Ib,*,Rs,*Gain,失调电压,V,OS,是针对,V+,和,V-,之间的固有电压差；,偏置电流,I,B,针对,V+,和,V-,单个引脚而言，,IB+,和,IB-,；,失调电流,I,OS,是等于,I,B+,-I,B-,；,对于一些没有内部偏置电流调零电路的运放来说，,I,OS,可以比,I,B,小,10,倍以上；,对于有调零电路的运放来说，两者几乎相等。,输入端口相关的指标,失调电压,手册中的截图，关键字（,offset voltage,）,失调电压指标在,高倍放大的精密电路,中最为重要。偏移电压被放大后直接影响电路检测微弱信号的精度。偏移电压,因同相端和反相端失配而产生的输入级固有电压差，越小越好。,虽然失调电压可以调节，但是如果是批量生产将极大的降低效率，并且还要注意失调电压随温度的变化，精密运放的这个变化是很小的。,例如,OPA333,的失调电压极小,超低功耗,: 25A (max),低失调,: 10V (max),低温漂,: 0.05V/C (max),低噪声,: 1.1 V,P-P,带宽,: 350kHz,Rail-to-Rail,输入和输出,1.8V to 5.5V,供电,9,输入端口相关的指标,偏置电流,手册中的截图，关键字（,bias current,）,偏置电流在对,高阻信源,放大时非常重要。因为偏置电流乘以高阻可以产生很大的误差电压。例如,20uA,的偏置电流，在,100K,电阻上产生的电压为,2V,，放大倍数稍大就可以使运放饱和。,OPA691,的偏置电流，双极型输入高速放大器,OPA656,的偏置电流，,FET,输入高速放大器,10,输入端口相关的指标,偏置电流影响仿真,OPA691,的偏置电流在,uA,级别，双极型输入,OPA656,的偏置电流在,nA,级别，,FET,输入,11,输入端口相关的指标,输入电压范围,手册中的截图，关键字（,input voltage, range,）,输入电压范围在将运放用于单电源供电时要特别注意。因为：,1,、单电源的,VCC,和,GND,之间的电压差较小，输入不是轨到轨的话将限制输入电压的范围。,2,、信源用,GND,作为参考，当输入小信号或者信号中直流分量小的时候，就相当于输入逼近,GND,电源轨，如果不满足输入调件将不能正常工作,OPA365,轨到轨运放的输入电压范围,OPA335,的输入电压范围能达到负电源轨，达不到正电源轨。,12,输入端口相关的指标,输入电压范围,轨到轨输入和输出运放：,如,OPA365,，输入和输出摆幅都能非常,接近供电电源轨,.,但也不能完全达到。,在差分输入端使用互补的,N,和,P,型器件。当共模输入电压达到任意一个电源电压，至少有一个差分输入端仍然处于激活状态。,轨到轨输出运放：,如,OPA335,，输出摆幅可以非常接近供,电电源轨,.,但不能完全达到。输入在高,电平处需要,1.5V,的净空。,TI,的,LinCMOS,运放使用,P,沟道,CMOS,作为输入，衬底被连接到正电源电平。因此一个导电通道被创建使,V,G,+ V,TH, SR needs 30V/uS,5Vpp = SR needs 300V/uS,GBW = 280MHz,SR = 240V/uS,500mVpp,5Vpp,21,供电相关的指标,供电范围和静态电流,手册中的截图，关键字（,power supply, quiescent current,）,供电电压可以看出器件是否适合在单电源低电压下使用，静态电流可以看出器件是否适合在低功耗应用中使用。,OPA4xx:,宽供电范围，,up to 100V,，输出电流至,50mA,OPA3xx: CMOS, =5.5V,精密,直流特性出众,轨到轨,低噪低功耗,LPV521,最低功耗运放，静态电流小于,1uA,MDAC,实现信号衰减,18V, 10MHz,18V, 10MHz,MDAC,用作程控增益,24,单电源供电运放,运放的电源轨：,V+,和,V-,，当,V-,接地时，运放即为单电源供电。,所有的运放都可以在单电源供电下工作，只要数据手册没有说不可以。,现在，单电源供电的运放在手持设备，低电压设备和,ADC,驱动中非常常见。,单电源运放的设计要点是偏置电压的设定,双电源供电的一个例子：,OPA735,V,S+,= 5V,，,V,S-,=-5V,信号增益,G=-1,Vin,= -1V to 1V,正弦波,Vout,= 1V to -1V,正弦波,Vin,和,Vout,为,180,度反向,双电源供电的一个例子：,OPA227,V,S+,= 5V,，,V,S-,=-5V,信号增益,G=-1,Vin,= -1V to 1V,正弦波,Vout,= 1V to -1V,正弦波,Vin,和,Vout,为,180,度反向,错误的单电源供电,1,：,OPA735,V,S+,= 10V,，,V,S-,=GND,信号增益,G=-1,Vin,= -1V to 1V,正弦波,Vout,= 1V to 0V,正半周的正弦波,仅有正电源供电，无法输出负半周,错误的单电源供电,1,：,OPA227,V,S+,= 10V,，,V,S-,=GND,信号增益,G=-1,Vin,= -1V to 1V,正弦波,Vout,= DC,因为,OPA227,不是轨到轨输出运放，,输出为其能输出的最小电压,错误的偏置电压提供：,OPA735,V,S+,= 10V,，,V,S-,=GND,信号增益,G=-1,Vin,= -1V to 1V,正弦波,Vref,=V+/2,，直接加在同相端,由叠加原理知道：,Vout,= 10V, 1V,实际上,Vout,= 9V to 10V,OPA735,无法输出大于供电电压的部分,只能输出失真的负半周正弦波,错误的偏置电压提供：,OPA227,V,S+,= 10V,，,V,S-,=GND,信号增益,G=-1,Vin,= -1V to 1V,正弦波,Vref,=V+/2,，直接加在同相端,由叠加原理知道：,Vout,= 10V, 1V,实际,Vout,= DC, OPA227,非轨到轨输出,输出为,OPA227,能输出的最大正向电压,正确的偏置电压提供：,DC,耦合,1,V,S+,= 10V,，,V,S-,=GND,信号增益,G=-1,Vin,= -1V to 1V,正弦波,Vref,=V+/2,，同时加给输入信号和同相端,由叠加原理知道：,Vout,= 2Vref (,Vin+Vref,) = V+/2 -,Vin,波形将以,5V,为中心，上下摆动，,对于,10V,供电的运放来说，,可以获得最大的输出动态范围,正确的偏置电压提供：,DC,耦合,2,V,S+,= 10V,，,V,S-,=GND,信号增益,G=-1,，增益,NG=2,Vin,= -1V to 1V,正弦波,Vref,=V+/2NG,，加给同相端,由叠加原理知道：,Vout,= NG*,Vref, (,Vin+Vref,) = V+/2 -,Vin,波形将以,5V,为中心，上下摆动，,对于,10V,供电的运放来说，,可以获得最大的输出动态范围,正确的偏置电压提供：,AC,耦合,V,S+,= 10V,，,V,S-,=GND,信号增益,G=-1,，直流信号的噪声增益,NG=1,反相端的,C1,对于直流电平,Vref,来说有无穷大,的阻抗，所以,RG=C1+Rg,为无穷大，,由叠加原理，,Vref,对,Vout,的贡献为,Vref,*(1+Rf/RG)=,Vref,Vin,= -1V to 1V,正弦波,Vref,=V+/2,，加给同相端,再次通过叠加原理,Vout,=,Vref,Vin,= V+/2 -,Vin,同相放大器的例子：,DC,耦合,1,Vout,= (Vref/2)*2 + 2*(Vin/2),=,Vref,+,Vin,同相放大器的例子：,DC,耦合,2,Vout,= (,Vin+Vref,)*2 ,Vref,=,Vref,+ 2Vin,同相放大器的例子：,AC,耦合,Vout,=,Vref,+ 2*,Vin,差动放大器的例子：,DC,耦合,Vout,=,Vdm,*(R2/R1) + 2*,Vref,注意这里用运放来缓冲,R6,和,R5,分压得到,的,Vref,，利用运放的超低闭环输出阻抗,来驱动差动放大器的,Vref,引脚，,保证差动放大器的电阻仍然精确匹配,其他：,示波器使用,电源：,+/-,输出，电流；短路,布线，小信号；运放输入端，阻塞,共地问题,