硬件电路学习记录(八)——运放

目录

一:理论知识

1.差分输入:

2.高增益:

3.负反馈:

4.虚短和虚断:

二:常见的运放:

1.反向比例运算电路:

2.同向比例运算电路:

3.电压追随器:

4.反向求和运算电路:

5.同向求和运算电路:

6.加减运算电路:

7.加减电路

8.积分电路

9.微分运算放大器:

三:运放数据手册阅读

[1. 电源电压 (Supply Voltage)](#1. 电源电压 (Supply Voltage))

[2. 输入失调电压 (Input Offset Voltage)](#2. 输入失调电压 (Input Offset Voltage))

[3. 输入偏置电流 (Input Bias Current)](#3. 输入偏置电流 (Input Bias Current))

[4. 开环增益 (Open-Loop Gain)](#4. 开环增益 (Open-Loop Gain))

[5. 增益带宽积 (Gain Bandwidth Product, GBW)](#5. 增益带宽积 (Gain Bandwidth Product, GBW))

[6. 转换速率 (Slew Rate)](#6. 转换速率 (Slew Rate))

[7. 输入共模电压范围 (Input Common-Mode Voltage Range)](#7. 输入共模电压范围 (Input Common-Mode Voltage Range))

[8. 输出摆幅 (Output Swing)](#8. 输出摆幅 (Output Swing))

[9. 电源电流 (Supply Current)](#9. 电源电流 (Supply Current))

[10. 共模抑制比(Common-Mode Rejection Ratio (CMRR))](#10. 共模抑制比(Common-Mode Rejection Ratio (CMRR)))

[11. 电源抑制比(Power Supply Rejection Ratio (PSRR))](#11. 电源抑制比(Power Supply Rejection Ratio (PSRR)))

[12. 噪声性能(Noise Performance)](#12. 噪声性能(Noise Performance))

[13. 热漂移(Temperature Drift)](#13. 热漂移(Temperature Drift))

[14. 封装类型(Package Type)](#14. 封装类型(Package Type))

[15. 稳定性(Stability)](#15. 稳定性(Stability))

[16. 典型应用电路(Typical Application Circuit)](#16. 典型应用电路(Typical Application Circuit))

[17.ESD(HBM)Electrostatic Discharge (Human Body Model)](#17.ESD(HBM)Electrostatic Discharge (Human Body Model))

参考文章:

放大器的种类和仿真第一个链接


运算放大器(Operational Amplifier,简称运放)是一种高增益的电子电路元件,专门用于放大输入信号。运放通常具有两个输入端(反相输入和同相输入)和一个输出端。

一:理论知识

放大器(简称"运放")是具有很高放大倍数的电路单元。运算放大器是一个内含多级放大电路的电子集成电路。分别是输入级,中间级,发大级还有偏置电路。

红色绿色蓝色分别是输入级,中间级和输出级。输入级采用具有很强零点漂移抑制能力的差动放大电路,中间级常采用争议较高的共发射级放大电路,输出级一般采用带负载能力很强的功率放大电路,偏置电路的作用是为各级放大电路提供了工作电压。

学习笔记:运算放大器(OPA)详细讲解和基本应用-CSDN博客

Aol是运放的固定参数

1.差分输入:

运放有两个输入端:反相输入(标记为"-")和同相输入(标记为"+")。运放输出电压(Vout​)与这两个输入端的电压差(Vin+−Vin−​)成正比。这个特性使得运放能够放大输入信号的差值。

2.高增益:

运放的开环增益(Aol​)非常高,通常在10^5到10^7之间。开环增益定义为没有任何反馈连接时运放的增益。因此,运放的输出电压可以表示为: Vout=Aol⋅(Vin+−Vin−) 由于增益很高,即使输入电压差很小,输出电压也会非常大。

3.负反馈:

在实际应用中,运放通常工作在负反馈模式下,即输出的一部分通过反馈网络(如电阻)连接回输入端。负反馈有助于稳定增益并线性化放大器的性能。负反馈的主要作用包括:

  1. 稳定增益:通过反馈网络设定闭环增益,减少对开环增益的依赖。
  2. 线性化输出:负反馈减少非线性失真,提高输出信号的质量。
  3. 增大带宽:负反馈扩展了运放的频率响应范围。

4.虚短和虚断:

在负反馈条件下,运放的两个输入端之间的电压差趋近于零,称为虚短(virtual short)。即: Vin+≈Vin−​ 此外,反相输入端("-")通过反馈保持在与同相输入端("+")相同的电压,这种现象称为虚地(virtual ground),特别是在反相放大器电路中。

二:常见的运放:

上面是负,下面是加

本文只列出简单的运算运放,较为复杂的运放如窗口比较器,一般单限比较器,方波和三角波发生电路等,点击下面第一个链接

(9 封私信 / 29 条消息) 运放经典电路 - 搜索结果 - 知乎 (zhihu.com)反向求和u11前面少了一个负号

电路计算过程:同相求和运算电路,运放基本电路公式推导与讲解,运放加法电路_哔哩哔哩_bilibili

1.反向比例运算电路:
2.同向比例运算电路:
3.电压追随器:
4.反向求和运算电路:
5.同向求和运算电路:
6.加减运算电路:
7.加减电路
8.积分电路
9.微分运算放大器:

三:运放数据手册阅读

参考视频:运算放大器:运放选型时需要考虑的其他指标_哔哩哔哩_bilibili

这篇数据讲解非常详细:超强总结:25个运放参数详解 - 知乎 (zhihu.com)

事例为 德州仪器LM358

1. 电源电压 (Supply Voltage)

典型值和范围:数据手册会列出运放的工作电压范围,如单电源供电(如+5V)或双电源供电(如±15V)。确保你的电源电压在运放支持的范围内。

2. 输入失调电压 (Input Offset Voltage)

典型值和最大值:输入失调电压是指当输入为零时,运放输出的电压偏移。这个参数对于精密运算放大器尤为重要,较小的失调电压意味着更高的精度。

3. 输入偏置电流 (Input Bias Current)

典型值和最大值:输入偏置电流是流入运放输入端的电流。较低的偏置电流适合高阻抗输入电路,避免引入额外的误差。

4. 开环增益 (Open-Loop Gain)

典型值和最小值:开环增益反映了运放在无反馈时的增益。较高的开环增益通常意味着更好的性能,但也要注意增益带宽积等限制。

5. 增益带宽积 (Gain Bandwidth Product, GBW)

典型值:增益带宽积表示运放在给定增益下可以达到的最大频率。这个参数决定了运放的频率响应和高速性能。

6. 转换速率 (Slew Rate)

典型值:转换速率表示输出电压变化的最大速率,通常以V/μs表示。较高的转换速率意味着运放能更快速地响应输入信号的变化,适合高速信号处理。

7. 输入共模电压范围 (Input Common-Mode Voltage Range)

范围:这个参数描述了运放输入端的电压范围,在该范围内运放能正常工作。如果输入电压超出此范围,运放可能会工作异常。

8. 输出摆幅 (Output Swing)

范围:输出摆幅指的是运放输出电压的最大范围,通常与电源电压有关。全摆幅输出(Rail-to-Rail)运放在正负电源之间的输出更接近电源电压。

9. 电源电流 (Supply Current)

典型值和最大值:这是运放在工作时从电源吸取的电流,较低的电源电流适合电池供电或低功耗应用。

10. 共模抑制比( Common-Mode Rejection Ratio (CMRR)

共模抑制比(CMRR)反映了运放抑制输入共模信号的能力。高CMRR意味着运放对输入信号中共模噪声的抑制效果更好。

11. 电源抑制比( Power Supply Rejection Ratio (PSRR)

电源抑制比(PSRR)描述了运放对电源电压变化的抑制能力。高PSRR值意味着电源波动对运放输出影响较小。

12. 噪声性能(Noise Performance

噪声电压密度是描述运放噪声水平的关键参数,通常以nV/√Hz为单位。低噪声运放适合处理微弱信号的应用。

13. 热漂移(Temperature Drift)

失调电压和偏置电流的温度系数表示这些参数随温度变化的漂移。较小的热漂移意味着运放在不同温度下表现更稳定。

14. 封装类型( Package Type**)**

数据手册会列出运放的封装类型,如DIP、SOIC、SOT等。选择适合你的电路板设计的封装类型,并注意引脚配置是否符合你的设计需求。

15. 稳定性( Stability**)**

数据手册通常会提供关于运放稳定性的说明,比如相位裕度和补偿电容等。确保运放在你的电路中工作时是稳定的,避免可能的振荡问题。

16. 典型应用电路( Typical Application Circuit**)**

数据手册中的典型应用电路可以帮助你更好地理解运放的实际应用场景和性能。

17.ESD(HBM)Electrostatic Discharge (Human Body Model)

ESD(HBM)指的是 Electrostatic Discharge (Human Body Model) ,即人体模型静电放电。HBM 是一种常用的测试模型,用于模拟人在接触电子元件时可能会产生的静电放电情况。

在这个模型中,模拟了人体携带静电并接触电子器件的情境,以评估器件在实际操作中的抗静电能力。HBM 的测试结果通常以伏特(V)为单位,表示器件能够承受的静电放电电压等级。

参考文章:

放大器的种类和仿真第一个链接

学习笔记:运算放大器(OPA)详细讲解和基本应用-CSDN博客

超强总结:25个运放参数详解 - 知乎 (zhihu.com)

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