運算放大器學(xué)習(xí)筆記

來自ST

電源電壓（VCC）– 運算放大器正常工作時，兩個電源引腳之間的電壓差。

靜態(tài)電流/供電電流（ICC）– 封裝中的每個運算放大器運行所需的電源電流。

輸入偏移電壓（VIO）– 使輸出處于電源電壓的中間范圍的+和-引腳之間的差分輸入電壓。它源自內(nèi)部晶體管的匹配。輸入偏置電流（IIB）– 流經(jīng)運算放大器輸入的電流。由于運算放大器的偏置要求和正常工作泄漏，極少量的電流（pA或nA范圍，取決于技術(shù)）會流經(jīng)其輸入。當(dāng)大電阻或具有較高輸出阻抗的源連接到運算放大器輸入端時，這可能會引起問題。這會導(dǎo)致運算放大器的輸入端出現(xiàn)相關(guān)壓降，從而導(dǎo)致誤差。

增益帶寬積（GBP或GBW）– 運算放大器增益與帶寬的乘積。它在20 dB的增益下測得。為小信號而定義。

電壓轉(zhuǎn)換率（SR）?– ?運算放大器改變其輸出電壓的速度。運算放大器的輸出變化率受電壓轉(zhuǎn)換率值限制。如果要放大的信號過快，則會導(dǎo)致失真。

軌到軌輸入?– ?具有高軌輸入的運算放大器能夠處理高達Vcc+的輸入信號，而低軌輸入則能夠處理低至Vcc-的信號。軌到軌輸入運算放大器可處理從Vcc-到Vcc+的輸入信號。

軌到軌輸出– 運算放大器將其輸出驅(qū)動到非?？拷娫锤删€的能力。

噪聲水平?– ?即使未在其輸入端施加任何信號，運算放大器也會在輸出端產(chǎn)生隨機電壓。這種噪聲來自熱噪聲（白噪聲）或1/f噪聲，該噪聲也被稱為閃爍噪聲。對于具有高增益或高帶寬的應(yīng)用，噪聲水平可能會變得很高。

容性負(fù)載?– ?可能導(dǎo)致運算放大器變成振蕩器。運算放大器的輸出電阻與容性負(fù)載有關(guān)，該負(fù)載會在電路傳遞函數(shù)中產(chǎn)生額外的極點。通過伯德圖可清楚地查看電路在哪種運行條件下會變得不穩(wěn)定。

零漂移– 斬波運算放大器旨在對其VIO誤差進行“自我校正”，以及隨著溫度與時間的變化而產(chǎn)生的誤差。得益于其設(shè)計，零漂移運算放大器的VIO在微伏范圍內(nèi)，每攝氏度的漂移也在類似的“毫微伏”范圍內(nèi)。零漂移運算放大器幾乎無1/f噪聲，而且，隨著時間的推移，其“老化”可以忽略不計。

關(guān)閉– 運算放大器關(guān)閉。通常用于在應(yīng)用不運行或不需要放大時降低電路待機電流。通常由專用運算放大器引腳控制。

應(yīng)變計– 用于測量物體變形的傳感器。

RTD傳感器– 電阻溫度檢測器。許多RTD傳感器由纏繞在陶瓷/玻璃承載芯上的細(xì)金屬絲制成。

熱電偶– 不同類別的金屬之間的每次過渡都會產(chǎn)生微小的熱電電壓。這一效應(yīng)被用于某些溫度傳感器。

低壓信號放大

放大低壓信號時，肯定需要高精度運算放大器，因為輸入偏移電壓會直接影響測量。另一方面，大多數(shù)低壓信號來自低阻抗源，因此，輸入偏置電流并不重要。差分放大器或儀表放大器采用典型電路。電流檢測是一種典型應(yīng)用，該應(yīng)用通常需要低軌或高軌功能，并可能需要具有一定轉(zhuǎn)換率，以跟蹤PWM。其他應(yīng)用包括惠斯登電橋電路，如應(yīng)變計、RTD傳感器或電阻傳感器。在此類應(yīng)用中，大多數(shù)情況下不需要軌到軌輸入，但您可能需要低噪聲設(shè)備。這同樣適用于熱電偶。

小電流放大

提供小電流的傳感器將需要具有低輸入偏置電流的運算放大器。所有這些應(yīng)用均使用輸入偏移電壓通常并不重要的跨阻抗放大器。典型應(yīng)用包括用于通信、光幕、煙霧探測器、電化學(xué)氣體傳感器或光學(xué)心率監(jiān)測器的光電二極管電流檢測電路。在這種情況下，該器件通常由電池供電，因此功耗可能很重要，或者該器件需要快速運行，并可能需要高電壓轉(zhuǎn)換率。

ADC緩沖

將模擬信號接入ADC可能會很棘手，因為ADC需要在短時間內(nèi)獲得高電流，以便為輸入電容充電。運算放大器輸出端通常駛?cè)胍粋€額外的電容，這可能會引起穩(wěn)定性問題，并可能需要使用補償技術(shù)。無論如何，運算放大器引起的誤差應(yīng)小于ADC的一個LSB。此外，運算放大器可用作基本的混疊濾波器。

反相放大器

為了形成穩(wěn)定的電路

雖然輸入端之間的電壓為0V，但是運算放大器的輸入阻抗非常大，所以輸入這里既無電壓也無電流。虛短作用不需要電流，就可以將輸入電壓的變換反映到輸出端。

X點電壓因為虛短作用為0V（GND電壓），將X點看作是支點。

阻抗大，可以認(rèn)為流入電阻R1的電流全部流入反饋電阻R2

用于即使輸出被反相也沒有什么問題的情況

LM358

同相放大器

反相放大器，同相放大器

加法器

減法器：V1-V2=output

一個關(guān)于降噪的音頻應(yīng)用

電壓跟隨器

一個測試的電路

通常需要對地進行補償。接地可以從零偏移到提供。一個更安靜的信號參考點，或抵消“零”，以允許單極信號范圍表示正負(fù)值。在嘈雜的環(huán)境中，例如那些有數(shù)字開關(guān)、開關(guān)電源或外部產(chǎn)生噪聲的環(huán)境中，地面可能不是高精度系統(tǒng)中參考信號的理想場所。

通常，現(xiàn)實世界的信號，如溫度或壓力，可能會產(chǎn)生由極性變化表示的電壓。在單電源系統(tǒng)中，不能允許信號輸入到地下，因此必須對信號進行偏移以適應(yīng)極性的變化。

在AMP04上，提供了一個參考輸入引腳來允許輸入范圍的偏移。通過包含這個參考輸入，增益方程可以更準(zhǔn)確地表示。VouT= (VIN+-VIN-) x增益+ VREF

輸入屏蔽驅(qū)動器在嘈雜的工業(yè)環(huán)境中，來自遠(yuǎn)程換能器的高阻抗源和長電纜通常會經(jīng)歷與輸入耦合的大量噪聲。通過屏蔽電纜運行輸入信號可以最小化雜散電容誤差和外部源的噪聲耦合。電纜屏蔽層通常在模擬輸入端接地，然而，通過在與輸入端電壓相等的電位下用緩沖放大器驅(qū)動屏蔽層，可以改善動態(tài)噪聲抑制并降低有效電纜電容。驅(qū)動屏蔽很容易實現(xiàn)與AMP04。對簡化原理圖的檢查表明，AMP04增益設(shè)置電阻引腳的電位精確地跟隨輸入。

如圖所示，通過雙單電源運放(如OP213)緩沖這些引腳的電位，可以很容易地實現(xiàn)屏蔽驅(qū)動器。另外，使用單端電源或雙絞線電纜的應(yīng)用可以驅(qū)動單個屏蔽。為了盡量減少由于這種額外電路造成的誤差，所有組件和布線都應(yīng)靠近AMP04，并應(yīng)注意接地和旁路技術(shù)。

參考輸入VREr輸入用于設(shè)置系統(tǒng)接地。

對于雙電源操作，它可以連接到地，以提供零電壓輸出與零電壓差分輸入。

在單電源系統(tǒng)中，它既可以連接到負(fù)電源，也可以連接到電源之間的偽地。

在任何情況下，REF輸入必須以低阻抗驅(qū)動。

噪聲過濾與大多數(shù)以前的儀器放大器不同，輸出級的反相輸入(引腳8)是可訪問的。通過在AMP04的反饋路徑上放置一個電容.圖顯示了一個10hz的低通濾波器，

單電源中的偏置零在單電源系統(tǒng)中消除失調(diào)是困難的，因為調(diào)整是為了達到零電壓。在零電壓輸出時，輸出處于飽和狀態(tài)(到負(fù)軌)，輸出電壓與正常偏移誤差無法區(qū)分。因此，必須謹(jǐn)慎使用圖9中的偏移置零電路。

首先，應(yīng)調(diào)整電位器，使輸出向正方向擺動;然后在相反的方向調(diào)整它，使輸出向地擺動，直到輸出停止變化。

精密單電源RTD放大器

低功率精度單電源RTD放大器顯示了一個線性化的RTD放大器，由單個5伏電源供電。然而，該電路在不修改的情況下可以工作到36伏。RTD由100 μA恒定電流激發(fā)，由放大器a (OP295)調(diào)節(jié)。

用于產(chǎn)生恒流的0.202伏參考電壓從2.500伏參考電壓中分離出來。AMP04將橋輸出放大到10 mV/°C的輸出系數(shù)。RTD通過將一部分信號饋送回參考電路來線性化，隨著溫度的升高而增加參考電壓。

當(dāng)校準(zhǔn)得當(dāng)時，RTD的非線性誤差將被消除。要進行校準(zhǔn)，要么將RTD浸入零度冰浴中，要么替換一個精確的100 Ω電阻來代替RTD。

然后調(diào)整電橋平衡電位器R3為0伏輸出。請注意，0伏輸出也是單電源供電的AMP04的負(fù)輸出擺幅

極限。因此，一定要調(diào)整R3，首先使輸出變?yōu)檎龜[，然后再回調(diào)，直到輸出停止負(fù)擺。接下來，設(shè)置線性ADJ電位器到中頻。代替一個精確的247.04 Ω電阻(相當(dāng)于400°C的溫度)代替RTD。調(diào)整滿量程電位器為4000伏輸出。最后替換一個175.84 Ω電阻(相當(dāng)于200°C的溫度)，并調(diào)整線性ADJ電位器在輸出處為2.000伏。根據(jù)需要重復(fù)全尺寸和半尺寸的調(diào)整。經(jīng)過適當(dāng)校準(zhǔn)，電路在溫度測量范圍內(nèi)的精度優(yōu)于±0.5°C從0°C到400°C。

審核編輯：湯梓紅