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  • 运算放大器设计

    2019-09-18 20:41:51
    放大器是能把输入讯号的电压或功率放大的装置,由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。用在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中。 增加信号幅度或功率的装置,它是自动化技术工具中处理信号的...

      放大器是能把输入讯号的电压或功率放大的装置,由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。用在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中。
      增加信号幅度或功率的装置,它是自动化技术工具中处理信号的重要元件。放大器的放大作用是用输入信号控制能源来实现的,放大所需功耗由能源提供。对于线性放大器,输出就是输入信号的复现和增强。对于非线性放大器,输出则与输入信号成一定函数关系。放大器按所处理信号物理量分为机械放大器、机电放大器、电子放大器、液动放大器和气动放大器等,其中用得最广泛的是电子放大器。随着射流技术(见射流元件)的推广,液动或气动放大器的应用也逐渐增多。电子放大器又按所用有源器件分为真空管放大器、晶体管放大器、固体放大器和磁放大器,其中又以晶体管放大器应用最广。在自动化仪表中晶体管放大器常用于信号的电压放大和电流放大,主要形式有单端放大和推挽放大。此外,还常用于阻抗匹配、隔离、电流-电压转换、电荷-电压转换(如电荷放大器)以及利用放大器实现输出与输入之间的一定函数关系(如运算放大器)。
      原理:高频功率放大器用于发射机的末级,作用是将高频已调波信号进行功率放大,以满足发送功率的要求,然后经过天线将其辐射到空间,保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平,并且不干扰相邻信道的通信。
      高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种,窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路,故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器;宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路,因此又称为非调谐功率放大器。高频功率放大器是一种能量转换器件,它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出在 “低频电子线路”课程中已知,放大器可以按照电流导通角的不同,将其分为甲、乙、丙三类工作状态。甲类放大器电流的流通角为360o,适用于小信号低功率放大。乙类放大器电流的流通角约等于 180o;丙类放大器电流的流通角则小于180o。乙类和丙类都适用于大功率工作丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高者。高频功率放大器大多工作于丙类。但丙类放大器的电流波形失真太大,因而不能用于低频功率放大,只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。由于调谐回路具有滤波能力,回路电流与电压仍然极近于正弦波形,失真很小。
      运算放大器设计
      运算放大器是模数转换电路中的一个最通用、最重要的的单元。全差分运放是指输入和输出都是差分信号的运放, 与普通的单端输出运放相比有以下几个优点: 输出的电压摆幅较大;较好的抑制共模噪声;更低的噪声;抑制谐波失真的偶数阶项比较好等。因此通常高性能的运放多采用全差分形式。近年来,全差分运放更高的单位增益带宽频率及更大的输出摆幅使得它在高速和低压电路中的应用更加广泛。随着日益增加的数据转换率, 高速的模数转换器需求越来越广泛, 而高速模数转换器需要高增益和高单位增益带宽运放来满足系统精度和快速建立的需要。速度和精度是模拟电路两个最重要的性能指标,然而,这两者的要求是互相制约、互为矛盾的。所以同时满足这两方面的要求是困难的。折叠共源共栅技术可以较成功地解决这一难题, 这种结构的运放具有较高的开环增益及很高的单位增益带宽。全差分运放的缺点是它外部反馈环的共模环路增益很小, 输出共模电平不能精确确定,因此,一般情况下需加共模反馈电路  。
      运放结构的选择
      运算放大器的结构重要有三种:(a) 简单两级运放,(b)折叠共源共栅,(c)共源共栅,如图1 的前级所示。本次设计的运算放大器的设计指标要求差分输出幅度为±4V, 即输出端的所有NMOS 管的VDSAT,N 之和小于0.5V,输出端的所有PMOS 管的VDSAT,P 之和也必须小于0.5V  。
      主运放结构
      该运算放大器存在两级:(1)Cascode 级增大直流增益(M1-M8);(2)、共源放大器(M9-M12)  。
      共模负反馈
      对于全差分运放, 为了稳定输出共模电压,应加入共模负反馈电路。在设计输出平衡的全差分运算放大器的时候,必须考虑到以下几点:共模负反馈的开环直流增益要求足够大,最好能够于差分开环直流增益相当;共模负反馈的单位增益带宽也要求足够大,最好接近差分单位增益带宽;为了确保共模负反馈的稳定, 一般情况下要求进行共模回路补偿;共模信号监测器要求具有很好的线性特性;共模负反馈与差模信号无关, 即使差模信号通路是关断的  。
      该运算放大采用连续时间方式来实现共模负反馈功能。
      该结构共用了共模放大器和差模放大器的输入级中电流镜及输出负载。这样,一方面降低了功耗; 另一方面保证共模放大器与差模放大器在交流特性上保持一致。因为共模放大器的输出级与差模放大器的输出级可以完全共用,电容补偿电路也一样。只要差模放大器频率特性是稳定的,则共模负反馈也是稳定的。这种共模负反馈电路使得全差分运算放大器可以像单端输出的运算放大器一样设计, 而不用考虑共模负反馈电路对全差分放大器的影响  。
      电压偏置电路:宽摆幅电流
      在共源共栅输入级中需要三个电压偏置,为了使得输入级的动态范围大一些,宽摆幅电流源来产生所需要的三个偏置电压 [1]
      放大器OPA544FKTTT的详细参数
      放大器类型:功率
      电路数:1
      压摆率:8 V/s
      增益带宽积:1.4MHz
      电流 - 输入偏置:15pA
      电压 - 输入失调:1mV
      电流 - 电源:12mA
      电流 - 输出/通道:4A
      电压 - 电源,单/双(±):20 V ~ 70 V,±10 V ~ 35 V工作温度:-40°C ~ 85°C安装类型:表面贴装封装/外壳:TO-263-6,DPak(5 引线 + 接片),TO-263BA供应商器件封装:DDPAK/TO-263-5品牌:BB型号:OPA544FKTTT
      类型:通信IC
      电源电压:200-250V
      功率:200-250V
      频率:200-250V
      针脚数:200-250V
      封装:TO263-5,50/T
      批号:08
      营销方式:现货

    转载于:https://my.oschina.net/u/3911785/blog/3058289

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    2020-10-22 12:35:45
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  • 运算放大器设计选型

    2015-07-22 13:50:15
    运算放大器的各项参数设计选型,希望可以帮助到各位硬件设计工程师们。
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  • 本文基于标准CMOS工艺,设计了电源电压低至0.9V的运算放大器。模拟结果显示,在整个满幅度范围内,该运算放大器增益波动仅为0.01%,可用于低压低功耗的 SOC设计中。
  • 设计了一种宽带轨对轨运算放大器,此运算放大器在3.3V单电源下供电,采用电流镜和尾电流开关控制来实现输入级总跨导的恒定。为了能够处理宽的电平范围和得到足够的放大倍数,采用用折叠式共源共栅结构作为前级放大。
  •  运算放大器的用途非常广泛,是许多模拟系统和混合信号系统中的一个完整部分,大量具有不同复杂程度的运算放大器被用来实现各种功能,从直流偏置到高速放大或者滤波等。在很多功率电路中,对运算放大器的温度特性...
  • 笔者设计了基于双电源±0.9V供电,功耗仅为3.5mW的电流反馈运算放大器
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  • 自上市以来,CMOS 单电源放大器就让全球的单电源系统设计人员受益非浅。影响双电源放大器总谐波失真加噪声 (THD+N) 特性的主要因素是输入噪声和输出级交叉失真。单电源放大器的 THD+N 性能源于放大器的输入和输出级...
  • 基于0.18 μm CMOS标准工艺设计了一种低电压高性能运算放大器。阐述了具有负反馈的三支路基准电流源、带有正反馈环路增益提高的CMOS源极耦合差分输入级结构电路。基于频率补偿思想,提出一种新型频率补偿方法,能够...
  • 集成电路是利用氧化,光刻,扩散,外延,蒸铝等集成工艺,把晶体管,电阻,导线等集中制作在一小块半导体(硅)基片上,构成一个完整的电路。
  • 运算放大器对于温度的变化极为敏感,为此,考虑偏置电压随温度飘移是很重要的。 共模态电压是否会改变? 确保运算放大器工作在其共模电压范围内,并保证足够的共模抑制比(CMRR)。共模电压会导致额外的偏置电压。 电源...

    输入信号的幅度是多少?

    为确保因输入信号而产生的错误最小化.微小输入信号需要高精度(例如低偏置电压)的放大器,以确保放大器输出电压范围含盖了所需的放大输出信号范围。

    放大器周围环境的温度是否会改变?,

    运算放大器对于温度的变化极为敏感,为此,考虑偏置电压随温度飘移是很重要的。

    共模态电压是否会改变?

    确保运算放大器工作在其共模电压范围内,并保证足够的共模抑制比(CMRR)。共模电压会导致额外的偏置电压。

    电源电压是否会改变?

    电源电压的改变会影响到偏置点电压,这对于电池供电应用尤其重要。

    高精度应用示例

    高增益电路(G>100)

    测量微小输入信号(例如:热电偶輸入信号)

    大温差工作回路(例如:车载或工业应用)

    输入电压范围有限的单电源(<5V)数据采集系统

    展开全文
  • 作为电子工程师,运算放大器算是很常见的一种IC了。如果今天还说加法电路,减法电路、乘法电路、指数电路什么的,未免对不起大家。那么,今天就说说一些设计的细节内容。

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