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  • 最简单的放大器如下图(忽略虚线框内的Rg’) 理想运放的输入阻抗是无穷大,所以输入端不会有电流流入流出,这时候如果向输入端加入一平衡电阻Rg’,不会有电流流过Rg’,对整个电路不会有任何影响,...

    系列文章目录

    1.元件基础
    2.电路设计
    3.PCB设计
    4.元件焊接
    6.程序设计


    这个所谓的平衡电阻,需要具体情况具体分析,可能有可能无,不要生搬硬套,根据剃刀法则:如无必要,勿增实体

    首先是理想运放:理想运放放大的是同向和反向输入端的电压差。最简单的同向放大器如下图(忽略虚线框内的Rg’)
    理想运放的输入阻抗是无穷大,所以两输入端不会有电流流入流出,这个时候如果同向输入端加入一个平衡电阻Rg’,不会有电流流过Rg’,对整个电路不会有任何影响,所以这个平衡电阻没有意义,是不必要的

    在这里插入图片描述

    再来看看最简单的反向放大器,同理运放输入端没有电流流入流出,同向端加入的平衡电阻Rg’上面不会产生压降,完全可以去掉,直接接地。
    在这里插入图片描述

    现在看看实际的运放是什么情况。实际的运放输入结构如下图:运放的输入级是一个差分对,对于图示中NPN管的情况,如果要晶体管工作在线性区,那么晶体管一定被正确偏置,那必然有电流流入运放的俩输入端(对于PNP管是流出),同时运放的输入端绝对不能悬空,外部电路必须给输入级提供正确的静态工作点
    在这里插入图片描述

    这个时候就会出现一个问题:从运放输入端看出去的等效电阻RP和RN,如果有RPIb+≠RNIb-,那运放两输入端就会产生一个误差电压,这个误差电压会随着输入信号一起放大,最终体现在输出。
    在这里插入图片描述

    这就是为什么很多地方说运放电路,不管同向放大器还是反向放大器,都需要加入平衡电阻,使从运放两输入端看出去的等效电阻相等,这样可以确保运放的输入偏置电流不会产生误差电压。
    在这里插入图片描述

    听起来很有道理对不对,但是,抛开剂量谈毒性都是耍流氓
    来看一个常见的运放OPA209,它的输入偏置电流最大也不超过15nA(先忽略±号的问题,这是其他电路造成的,见最后),假设我们的电路从运放输入端看出去的等效电阻相差10kΩ(对于常规电路已经很大了),输入偏置电流造成的误差电压为,呃…150uV,这与该运放的输入失调电压相当,这个误差在你的电路里有多大影响?

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    再看另一个运放AD797,最坏情形下有3uA的输入偏置电流,还是上面那种情况,输入误差电压增大到了3mV,远大于运放的输入失调电压,比上面的例子大了一个多数量级,这个误差在你的电路里有多大影响?
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    所以这个平衡电阻到底要不要,取决于电路的实际情况。当然有人会说,我不知道实际情况怎样,那我放一个在哪总没坏处吧?那我现在就讲讲这个平衡电阻的坏处。
    电阻是有电阻热噪声的,这个噪声是电阻的固有属性,只与阻值和温度有关。一个10kΩ的电阻在室温情况下,噪声密度大约12.8nV/√Hz,AD797的输入噪声密度1.2nV/√Hz,OPA209的输入噪声密度2.2nV/√Hz,也就是一个平衡电阻带来的噪声,已经远远高过所选择的运放的输入噪声了。这个噪声在你的电路里有多大影响?噪声对你的电路影响大还是直流误差对你的电路影响大?

    总结

    原文出处

    平衡电阻的作用
    (1) 为芯片内部的晶体管提供一个合适的静态偏置。
    芯片内部的电路通常都是直接耦合的,它能够自动调节静态工作点,但是,如果某个输入引脚被直接接到了电源或者地,它的自动调节功能就不正常了,因为芯片内部的晶体管无法抬高地线的电压,也无法拉低电源的电压,这就导致芯片不能满足虚短、虚断的条件,电路需要另外分析。

    (2)消除静态基极电流对输出电压的影响,大小应与两输入端外界直流通路的等效电阻值平衡,这也是其得名的原因。

    运算放大器同相放大电路如果平衡电阻不对有什么后果?

    (1)同相反相端不平衡,输入为0 时也会有输出,输入信号时输出值总比理论输出值大(或小)一个固定的数。

    (2)输入偏置电流引起的误差不能被消除。


    补充一下,前面看到OPA209的输入偏置电流很小,而且有±,AD797输入偏置电流大很多,而且只是+值。这是因为OPA209的输入端设计有输入偏置消除电路,这个电路抵消了输入三极管绝大多数的偏置电流,所以从输入端看进去的电流就很小了,然后这个偏置消除电路的电流可能略大于或者略小于输入三极管的偏置电流,那从外面看进去就可能是流入也可能是流出了。而AD797的输入极并没有这样的偏置消除电路,再加上输入级偏置得很重以降低噪声,所以AD797的输入偏置电流很大,也只有流入放大器这一个方向。

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  • 同相放大电路

    千次阅读 2021-07-17 21:26:10
    该电路为同相放大电路,用于放大或衰减输入信号幅值,可通过电位调节放大或衰减倍数。 关键词: 频率增大放大倍数减小(增益带宽积) 同向放大电路 使用运放: LM358P、NE5532P、TL082IP 使用说明: ...

    前言:

    该电路为同相放大电路,用于放大或衰减输入信号幅值,可通过电位器调节放大或衰减倍数。

    关键词:

    频率增大放大倍数减小(增益带宽积)    同向放大电路   

    使用运放:

    LM358P、NE5532P、TL082IP

    使用说明:

    1.R2、R3为电位器,可用于调节放大倍数。

    2.运放替换参考:LM358P有明显失真,原因不明,可能是其为单电源供电运放,不建议使用;NE5532无失真;TL082IP无失真。

    3.注意,同相放大电路的应用场合具有局限性,一般只用于直流电平的放大,不适合用于交流信号的放大,因为它会将交流信号的直流偏置电压一并放大,从而使其偏置电位发生偏移。带参考电平的反相比例放大电路在信号放大时比较有实用性。

    4.如果需要放大高频信号,需要注意运放的增益带宽积[1]以及回路电阻。增益带宽积为带宽与增益的乘积,增益越大,运放带宽越低,放大高频信号会出现增益降低的现象,也就是频率增大放大倍数减小。同时,回路电阻也会对增益产生影响。因此,如果需要较大放大倍数的电路,建议两个运放级联。需要注意的是,芯片手册上的增益带宽积与实际情况有时相差较大,实测NE5532特性较好,TL082特性较差。

    综上,如果出现频率增大放大倍数减小的现象,建议解决方法:

    (1)更换增益带宽积更大的运放,如TL082更换为NE5532。

    (2)适当降低运放放大倍数,如果放大倍数过大可以考虑级联。

    (3)降低回路中电阻,如按比例适当减小反馈支路电阻(保证放大倍数不变)。如在下面的电路中保证 不变,按比例减小其阻值。

     

    NE5532IP的增益带宽积

    TL082IP的增益带宽积

    理论计算:

    其中, 起分压作用,用于调节放大倍数,可移除,也可用于衰减输入信号从而达到衰减器的功能。 为放大反馈支路,放大倍数为 ​​​​​​​,可通过这两个电阻来调节放大倍数。

    电路图:

    注释:

    [1]增益带宽积(Gain Bandwidth Product),也简写为GB,GBW,GBWP,GBP,也被称为单位增益带宽(Unity-gain Bandwidth)

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  • 对于此类应用,输入电压可能会超过前端放大器的额定最大电压,因而必须采用保护方案来维持设计的使用范围和鲁棒性。前端放大器的内部ESD二极管有时会用来箝位过压状况,但为了确保这种箝位能够提供充分可靠的保护,...

    目录

    1、连接到电源的二极管

    2、限流JFET场效应管

    3、二极管堆叠

    4、背靠背二极管

    5、无ESD箝位

    6、其他影响因素


    有许多应用的输入不受系统控制,而是连接到外部世界,例如测试设备、仪器仪表和某些检测设备。对于此类应用,输入电压可能会超过前端放大器的额定最大电压,因而必须采用保护方案来维持设计的使用范围和鲁棒性。前端放大器的内部ESD二极管有时会用来箝位过压状况,但为了确保这种箝位能够提供充分可靠的保护,需要考虑许多因素。正确理解ESD单元在一个器件中是如何实现的,设计人员就能通过适当的电路设计大大扩展放大器的生存范围。

    本文博文将介绍各种类型的ESD实现方案,讨论每种方案的特点,并就如何利用这些单元来提高设计鲁棒性提供指南。

    需要明白,并非所有ESD二极管都是连接到电源和地的简单二极管箝位。还有许多其他的应用方案,例如:多个二极管串联、二极管和电阻、背靠背二极管等。下面介绍一些较为常见的方案。

    1、连接到电源的二极管

    下图是一个放大器实例,二极管连接在输入引脚和电源之间。在正常工作条件下,二极管反偏,但当输入高于正电源电压或低于负电源电压时,二极管变为正偏。当二极管变为正偏时,电流经过放大器的输入端流至相应的电源。

    当过压超过+Vs时,放大器本身不会限制输入电流,需要外部增加串联电阻来限流。当电压低于–Vs时,400 Ω电阻会起到一定的限流作用,设计时应当纳入考虑中。

    下图显示了一个具有相似二极管配置的放大器,但在本例中,电流受内部2.2 kΩ串联电阻的限制。它与上图所示电路的区别不仅在于限流电阻R的值,还在于2.2 kΩ可保护电路不受+Vs以上电压的影响。

    2、限流JFET场效应管

    与以上方案不同,IC设计可以使用限流JFET场效应管代替二极管箝位。下图显示了一个例子,当输入电压超过器件的额定工作范围时,JFET场效应管被用来保护器件。JFET场效应管输入使该器件自身就能耐受相反供电轨的最高40 V电压。由于JFET场效应管会限制流入输入引脚的电流,因此ESD单元无法用作额外的过压保护。

    当需要最高40 V的电压保护时,此器件的JFET场效应管保护可提供严格受控的、可靠的、完全明确的保护方案。

    3、二极管堆叠

    在允许输入电压超过电源电压或地的应用中,可以使用二极管堆叠来防止输入受ESD事件的影响。下图所示的放大器就是采用堆叠二极管保护方案,该配置使用二极管串来防范负瞬变。

    在可用输入范围内,二极管串用于限制漏电流,但当超过负共模范围时,它就会提供保护。记住,二极管串的等效串联电阻是限流措施。对于给定电压,可使用外部串联电阻来降低输入电流。

    4、背靠背二极管

    当允许输入电压范围超过电源电压时,也可使用背靠背二极管。下图所示的放大器采用背靠背二极管来为器件提供ESD保护,采用3.3 V电源供电时,其允许电压最高达到70 V。D4和D5是高压二极管,用于应对输入引脚上可能存在的高电压;当输入电压在正常工作范围以内时,D1和D2用于防止漏电流。

    在这种配置中,不建议使用这些ESD单元来提供过压保护,因为若超过高压二极管的最大反偏电压,很容易造成器件损坏。

    5、无ESD箝位

    某些器件的前端没有ESD器件。很显然,如果没有ESD二极管,设计人员当然无法将其用于箝位。之所以提到这种架构,是因为在研究过压保护 (OVP) 时,需要注意这种情况。下图所示的器件仅使用大阻值电阻保护放大器。

    除了解ESD单元如何实现之外,还必须知道如何利用这些结构提供保护。典型应用使用串联电阻来限制额定电压范围内的电流。

    当放大器配置为下图所示时,或者输入受连接到电源的二极管保护时,输入电流限值可利用以下公式计算。

    上述公式用到一个假设,即VSTRESS > VSUPPLY。若非如此,应测得更精确的二极管电压并将其用于计算,而不要使用0.7 V的近似值。

    下面是一个计算实例,其中放大器采用±15 V电源供电,要防范的输入过压高达±120 V,输入电流限制在1 mA。根据公式,我们可以使用这些输入进行计算:

    根据上述要求,RPROTECTION > 105 kΩ可将二极管电流限制在 1 mA以下。 

    6、其他影响因素

    了解限流

    IDIODE最大值随器件而不同,它还取决于施加过压的特定应用情形。持续数毫秒的一次性事件,与在应用的全部20年或更多年的任务寿命中持续施加电流,其最大电流将会不同。具体指导值可在放大器数据手册的绝对最大值部分或应用笔记中找到,通常在1 mA至10 mA范围内。

    故障模式

    具体保护方案的最大电流额定值最终要受两个因素的限制: 二极管功耗的热影响和电流路径的最大电流额定值。功耗应保持在阈值以下,使工作温度始终处于有效范围;所选电流应在额定最大值范围内,以免电子迁移引起可靠性问题。

    热影响

    当电流流入ESD二极管时,二极管的功耗会引起温度升高。多数放大器数据手册指定了热阻(通常指定ӨJA),它显示了结温升幅与功耗的关系。考虑最差情况下的应用温度,以及功耗引起的最坏温度升幅,可以判断保护电路是否有效。

    电子迁移

    即使电流不引起热问题,二极管电流也可能造成可靠性问题。由于电子迁移,任何电气信号路径都有一个最大寿命电流额定值。二极管电流路径的电子迁移电流限值通常受与二极管串联的内部走线的厚度限制。放大器制造商不一定会发布此信息,但若二极管长时间工作(而不是工作很短时间),就需要予以考虑。

    举个例子,当放大器监控(因而连接到)一个独立于其自身供电轨的电压轨时,电子迁移便可能是一个问题。当存在多个电源域时,可能会发生因电源时序问题而引起电压暂时超过绝对最大条件的情况。考虑最差情况下的电流路径和在整个使用寿命中以此电流工作的持续时间,并了解电子迁移的最大允许电流,便可避免电子迁移引起可靠性问题。

    了解放大器内部ESD二极管如何在过电应力期间激活,有助于轻松提高设计的鲁棒性。研究保护电路的热影响和电子迁移影响,可以凸显潜在的问题并显示是否需要额外的保护。考虑本文提出的条件可以让设计人员作出明智选择,避免在现场发生鲁棒性问题。


    学习来源:ADI智库

    链接:https://download.csdn.net/download/m0_38106923/23183169

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  • 运算放大器——4种基本运放电路(同相放大、反相放大、加法器、差分放大电路)在实际设计中需要考虑的实际问题 前言 第一篇博客就从运放入手吧,话不多说。正文开始:想必大家对运放电路都熟悉的再不能熟悉了。可是...

    运算放大器——4种基本运放电路(同相放大、反相放大、加法器、差分放大电路)在实际设计中需要考虑的实际问题

    前言

    第一篇博客就从运放入手吧,话不多说。正文开始:想必大家对运放电路都熟悉的再不能熟悉了。可是这里为什么又再拿出来写呢?肯定是有不同的知识才会有意义,所以接下来就本人在积累到的前人的知识,拿出来浅谈浅谈,不当之处希望大家指正。

    四种基本的运算放大电路

    1. 同相放大电路
    同相放大电路

    同相放大电路:顾名思义输出和输出信号是相位相同。放大倍数由Rg和Rf共同决定。

    2. 反向放大电路
    反向放大电路
    反相放大电路:顾名思义输出和输出信号是相位相反。放大倍数由Rg和Rf共同决定。

    3.加法器
    加法器
    加法器:顾名思义输出是输入信号的和。每个信号的放大倍数有反馈电阻Rf与每个输入信号串联的电阻R共同决定。

    4. 差分放大电路
    在这里插入图片描述
    差分放大电路:输出信号是输入信号之差。输出信号可先由分压器规则计算同相输入端的电压V+,然后使用同相运放增益公式计算出通相输出电压Vout1。然后在使用反向增益公式计算反向输出级的电压Vout2。最后将两个输出电压相加即可。

    到此为止是属于大家在都熟知的基本知识。

    以上都是基于理想运算放大器设计,然而,由于运放的开环响应,会出现一些很小但应当注意的误差项。例如反相放大器的增益是否永远都能够由-Rf/Rg决定,同相放大器的增益是否由1+Rf/Rg决定?答案是,但也不是。这就要考虑到运放的开环增益,理想的开环增益无穷大,那么误差项为0;当开环增益远远大于预期的闭环增益时,那么误差项的值也会小到去可在设计中忽略。但是,当闭环增益增大时,误差项这时候就不可能被忽略掉了,如果被忽略,设计出来的电路的增益就会和理论设计的相违背。
    接下来先介绍一个常见的运放的开环响应,如下图所示。很多人一眼望去,这图好熟悉呀。That’s right!这和简单的低通滤波器的幅频响应曲线图一样
    在这里插入图片描述
    这一曲线主要包括两段:一段是水平的,一段是倾斜的。最左边的频率,开环增益为80dB(即10 000V/V)。所以这一频率下能够达到的最大增益为10000。只要频率增加3个十倍频程,这一情况就会发生显著改变来响应曲线开始倾斜,能达到的最大增益只有小于40dB,或者小于100V/V。由此可知,在这一频率下运放能够获得的最大增益就显著被限制了。
    考虑到开环增益的影响,单级反相放大和同相放大运放电路在实际中的增益由一下两条公式给出。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    考虑到上图的开环响应图,假设频率足够低,开环增益为80dB,即能够达到的最大增益为10000.有限开环增益对反向放大电路实际增益的影响如下表所示
    在这里插入图片描述

    当Rf=Rg,理论增益为-1,有限开环增益只贡献了0.02%的误差。因此,使用误差为1%的电阻时,电阻误差都比这个误差还要大,因此,这个由开环增益引起的0.02%的误差便可以忽略不计了。但是当增益为-100时,误差达到了1%,这就足够引起注意了。略微调整电阻的值可以补偿这一误差。然而当理论增益增大到10000时,误差也增加到了50%,无论如何调整都无法补偿。如果使用一些阻值悬殊的电阻。如Rg=1Ω,Rf=1TΩ,那么能够达到的最大增益的绝对值仍然达不到10000。就像光速一样,你能够无限接近它,然是永远达不到。

    同理,对于同相放大电路,其实际增益与理论增益由下表所示。低增益时误差可忽略,或者微调电阻值便可以误差范围内满足设计。但是误差达到50%,通过调整电阻值,取一些荒谬的阻值来达到增益要求,可以接近但是永远无法达到开环增益。
    在这里插入图片描述

    后面这些内容似乎难懂,与实际也比较不沾边,与所学的相差甚远。但是,在设计放大器电路时,我们应该讲这些牢记于心,因为这才是运放的真正性质。

    再往后的有源滤波器设计讲解中,也会受到类似的限制,一条很有用的经验法则是(不是本人得出来的,从前人那里积累的):在最高的工作频率上确保开环增益比所需增益打40dB,否则可能会出现误差,对于带通滤波器的情形,这种的限制还会使谐振频率降低。

    展开全文
  • 定义:在运放开环使用时, 加载在两个输入端之间的直流电压使得放大器直流输出电压为 0。 优劣范围:1µV 以下,属于极优秀的。100µV 以下的属于较好的。最大的有几十mV。 对策: 1、选择 VOS远小于被测直流量的...
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  • 运算放大器的放大倍数如何计算

    千次阅读 2020-12-31 06:50:06
    展开全部放大62616964757a686964616fe4b893e5b19e...dB是分贝,它与倍数有一对数的换算关系。假设放大倍数为A倍,那么可以说放大倍数为20lgA分贝。例如放大倍数为1000倍,根据公式换算后可以说放大倍数为60分贝...
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    2021-06-29 07:12:24
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空空如也

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同相放大器两个电压