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模拟工程—电路设计指导手册:运算放大器②

—— 模拟工程师电路设计指导手册:放大器
作者:TI(德州仪器)时间:2020-02-02来源:电子产品世界收藏
编者按:第二版:ZHCY082 - 03/2019;编辑者:Tim Green、Pete Semig 和 Collin Wells;特别感谢以下人员在技术方面的贡献:Tim Claycomb,Mamadou Diallo,Peter Iliya,Zak Kaye,Errol Leon,Marc Liu,Masashi Miyagawa,Gustaf Falk,Olson Bala Ravi,Takahiro Saito,Will Wang。

目录

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/202002/409529.htm

基本电路(√)

缓冲器(跟随器)电路

反相电路

同相电路

反相求和电路

差分(减法器)电路①

两级运算仪表电路②

三级运算放大器仪表放大器电路③

积分器电路④

微分器电路⑤


电流感应

跨阻放大器电路

输出摆幅可至 GND 电路的单电源低侧单向电流检测解决方案

单电源、低侧、单向电流检测电路

低侧双向电流检测电路

具有瞬态保护功能的高侧、双向电流检测电路

高侧电流检测电路设计

三十倍频负载电流感应电路

采用电流输出电流检测放大器的高电压、高侧浮动电流检测电路

具有集成精密增益电阻器的低漂移低侧双向电流检测电路

过流事件检测电路

信号源

PWM 发生器电路

可调节基准电压电路

电流源

低电平电压-电流转换电路

滤波器

交流耦合 (HPF) 反相放大器电路

交流耦合 (HPF) 同相放大器电路

带通滤波反相衰减器电路

快速趋稳、低通滤波电路

低通滤波、反相放大器电路

非线性电路(整流器/钳位/峰值检测器)

半波整流器电路

全波整流器电路

单电源、低输入电压、全波整流器电路

压摆率限制器电路

信号调节

单端输入转差分输出电路

采用反相正基准电压电路的反相运算放大器

采用反相正基准电压电路的同相运算放大器

采用同相正基准电压电路的同相运算放大器

采用同相正基准电压电路的反相运算放大器

单电源差动输入至差动输出交流放大器电路

反相双电源至单电源放大器电路

双电源、分立式、可编程增益放大器电路

交流耦合仪表放大器电路

分立式宽带宽 INA 电路

低噪声、远距离 PIR 传感器调节器电路

利用 NTC 电路检测温度

利用 PTC 电路检测温度

采用全差分放大器的差分输入至差分输出电路

使用全差分放大器设计单端输入至差分输出电路

比较器

信号与时钟恢复电路

具有和不具有迟滞的比较器电路

采用比较器的高侧电流检测电路

高速过流检测电路

具有迟滞功能的反相比较器电路

低功耗双向电流检测电路

具有迟滞功能的同相比较器电路

采用比较器的过压保护电路

采用集成基准的窗口比较器电路

弛张振荡器电路

热敏开关电路

采用比较器的欠压保护电路

窗口比较器电路

采用比较器的过零检测电路

传感器采集

单电源应变仪桥式放大器电路

光电二极管放大器电路

音频

同相麦克风前置放大器电路

TIA 麦克风放大器电路


模拟工程师电路设计:放大器

编辑者的话:

模拟工程师电路设计:放大器可提供放大器子电路设计理念,便于您快速借鉴这些理念来满足特定系统需求。每 种电路都以“示例定义”的形式呈现。里面包括一些像食谱一样的分步式说明,并且带有能帮助您改进电路从而满足您的设计目标的公式。而且,所有电路都通过 SPICE 仿真的验证。


差分放大器(减法器)电路

image.png


设计说明

该设计输入 Vi1 和 Vi2 两个信号并输出它们的差值(减法)。输入信号通常来自低阻抗源,因为该电路的输入阻抗由电阻网络决定。通常使用差分放大器来放大差分输入信号并抑制共模电压。共模电压是两个输入共用的电压。差分放大器抑制共模信号功能的有效性称为共模抑制比 (CMRR)。差分放大器的 CMRR 取决于电阻器的容差。

image.png

设计说明

1. 在线性运行区域内使用运算放大器。确保运算放大器的输入不超过器件的共模范围。通常在 AOL 测试条 件下指定线性输出摆幅。

2. 输入阻抗由输入电阻网络决定。确保这些值相对于电源的输出阻抗而言较大。

3. 使用高值电阻器可能会减小电路的相位裕度并在电路中引入额外的噪声。

4. 避免将电容负载直接放置在放大器的输出端,以最大程度地减少稳定性问题。

5. 小信号带宽由噪声增益(或同相增益)和运算放大器增益带宽积 (GBP)决定。可以通过添加与 R3R4并联的电容器来完成额外的滤波。如果使用了高值电阻器,那么添加与 R3R4 并联的电容器还将提高 电路的稳定性。

6. 大信号性能可能会受到压摆率的限制。因此,应检查数据表中的最大输出摆幅与频率间的关系图,以最大程度地减小转换导致的失真。

7. 有关运算放大器线性运行区域、稳定性、转换导致的失真、电容负载驱动、驱动 ADC 和带宽的更多信息,请参阅设计参考部分。

设计步骤

下面显示了该电路的完整传递函数。

Vo = Vi1 image.png + Vi2 image.png + Vref + image.png

如果 R1 = R2 并且 R3 = R4,那么该电路的传递函数可以简化为以下方程。

Vo = (Vi2 - Vi1image.png + Vref

• 其中增益 GR3/R1

1. 确定 R1R2 的起始值。R1R2 相对于源的信号阻抗的大小会影响增益误差。

R1=R2=10 kΩ

2. 计算该电路所需的增益。

G = image.png = 6.02 dB

3. 计算 R3 和 R4 的值。

G = image.png  → 2 * R1 = R3 = R4 = 20 Ω

4. 计算满足最小共模抑制比 (CMRR) 的电阻器容差。对于最小(最坏情况)的 CMRR,α = 4。对于更有可能的 CMRR 值或典型的 CMRR 值,α = 0.33。

CMRRdB image.png("*"和“×”表达的意思相同,均为乘号,)

("≌"意思为全等好,'ε'为希腊字母,为电容率)

ε = image.png = 0.024 = 0.24% → Use 0.1% resisitors(电阻器)

5. 为了提供快速参考,下表将电阻器容差与最小和典型 CMRR 值进行了比较(假设 G = 1 或 G = 2)。如上所示,当增益增大时,CMRR 也会增大。

image.png

设计仿真

直流仿真结果

image.png

CMRR 仿真结果image.png


设计采用的运算放大器

image.png

设计备选运算放大器

image.png

修订历史记录

image.png


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关键词: 指导手册 放大器

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