首页 > 其他分享 >元器件学习之--------运算放大器

元器件学习之--------运算放大器

时间:2024-10-17 15:18:31浏览次数:9  
标签:-------- 元器件 供电 运放 电源 电压 放大器 RI 输入

一、技术理论

1、运放符号

        1、同相输入端                3、反向输入端

        5、电源正端                   2、电源负端

        4、输出端

        运算放大器具有两个输入端和一个输出端,如图所示,其中标有“+”号的输入端为“同相输入端”而不能叫做正端),另一只标有“一”号的输入端为“反相输入端”同样也不能叫做负端。

2、运放供电

         所有运放都可以单电源供电,如下:

        如上,该型号运放,查看数据手册,最大电源宽度5.5V,即电源输入正端与输出负端间电压,不能超过5.5V,此时用一个+5V电源供电满足要求。

        所有运放都可以双电源供电,如下:

       如上,同型号运放,最大电源宽度5.5V,即电源输入正端与输出负端间电压,不能超过5V,此时用+3.3V电源与-1.8V,共计两个电压供电,正负两端压降U+减去U-=5.5-(-1.8)=5.1V满足要求。

        记住一点:所有运放都可以单电源供电,所有运放都可以双电源供电,没有例外。

        有些人可能会问,单电源就能工作,整双电源不纯找给自己找麻烦吗,但记住:存在即合理,双电源供电既然存在,自然是存在一些优点,是单电源供电无法比拟的。

        单电源供电缺点:

        1、输出小信号时,误差较大,输出电压越小,误差越大。

        2、能处理的频率较低,只能用于100Khz频率以下。

        总结一下:输入信号很小时,会导致信号放大不准确,误差极大,微弱信号检测时,最好方法是双电源供电。

3、运放参数

        1、供电电压(最大电源宽度/Vdd-Vss/供电正负端压差)(power  supply)

        任何运放都可以单电源供电,也可以双电源供电,经典运放一般采用正负电源对称的双电源供电,当然,不对成的正负电源也是可以用的,并且也比较常见。一定要清楚运放的供电电压以防损坏运放。

        如下图某型号数据手册中,最大电源宽度为40V,所以单电源供电极限值40V,双电源供电时,施加在正端20V,施加在负端-20V,两端压差也是达到40V。

        2、增益带宽积(GBW/GBP)

        增益带宽积是带宽和增益乘积之间的关系,在放大小信号时候要求:

 增益带宽积>输入信号频率f与放大倍速增益的乘积

GBW>f*gain

        而实际使用中,一定要考虑裕量,对自己的信号频率和增益乘积进行放大(10~100)倍来看待,所以最终

GBW>(10~100)f*gain

        举例:如果要讲1Khz的信号放大6倍,则对运放选型时,增益带宽积要满足:

>(10~100)*1Khz*6倍=(10~100)6Khz

        即选型时,增益带宽积要大于60Khz~600Khz。

        如下图,某型号运放增益带宽积1.2M,远大于600K,该参数就满足要求。

      

          3、压摆率(SR)

        就是电压转换速率(Slew Rate),简称压摆率。其定义是在1微秒时间里电压升高的幅度,就是方波来测量时就是电压由波谷升到波峰所需时间,单位通常有V/s,V/ms和V/μs三种。

        理想运放具有无限的压摆率,意味着它可以在输入变化时,立刻改变其输出。

        在电路设计中,可用以下公式计算出所需运算放大器的压摆率的最小值:

 SR>2 *π * f *Vpp

        f = 最高信号频率 (Hz)

        Vpp = 信号的峰峰值电压 (V)

       

        VPP(Voltage Peak-Peak):峰峰值电压,描述了信号值的变化范围的大小。峰值是以0刻度为基准的最大值,有正有负。而峰峰值是最大值和最小值的差值,只有正的。

        

        举个例子,放大峰峰值为5V、最高频率25kHz的的正弦波信号, 跟据以上公式运算, 至少需要压摆率0.785V/μs的运算放大器。

        SR>2 *π * f *Vpp=2*3.14*25000*5=785000V/s=785V/ms=0.785V/us

       在实际中,一定要考虑裕量,压摆率应选择更高,下图的1V/us也是可以用,但是也是有一定风险,有条件可以选择更高。

         

        那么有同学也会问,那么压摆率是越高越好吗?

        我一直感觉任何事物仿佛都有阴与阳两面性,举个例子,就像之前篇章里的肖特基二极管,开关频率可以很高,但反向耐压就会偏低,与之相反的就是整流二极管,开关频率很低,反向耐压便是很高,而压摆率也是如此:

        1、较高的压摆率将有更高的工作电流,这会导致更高的功耗。

        2、更快的压摆率将有更高的带宽,这可能浪费带宽并增加电路设计的复杂性。

        3、较高的压摆率会产生电磁干扰(EMI)。

        以上三个参数,是运放选型中最重要的参考指标,重要性参考先后顺序。   

        供电电压如果出现问题,轻则无法工作,重则直接烧坏,而GBW和SR也是非常重要,如果放大信号时候,GBW和SR达不到要求,放大输出波形会出现失真,基本等于无法工作。

        4、静态电流(Iq):越小越好

        表示没有负载下的电流或者建立静态工作点的电流。

        该参数越小,越省电,在要求低功耗的场合(例如手持设备,便携设备的)需选用低Iq的运放,其他运用时可不关注。

        5、输入偏置电流(Ib):越小越好

        由于运放虚断的特性,理论Ib=0,但是实际中Ib不等于0 。日常使用该参数影响不大,对于精密电流的检测则需要选择低Ib的运放。

        6、输入偏置电压(Vos):越小越好

        运算放大虚短的特性来看理论Vos=0,但是实际的V0s=V+ 减去 V- 。

        对于只是单运放的芯片来说可能内部带调零功能,可将Vos调至0,对于多运放的芯片来说可以利用加法器原理来引入补偿电压来抵消Vos。

        理想运算放大器或比较器的偏置电压为0V,所以实际选型时该值越接近0越趋于理想状态。

        改参数是越小越好,市面大多以该参数为基准,≤1mv的,称为精密运放,以上的称为通用运放。

        7、噪声(Vn):越小越好

        噪声分为白噪声(与频率f无光)和f噪声,噪声可能由电源、地等引入,当放大小信号时需要使用低噪声运放。

4、选型

        VS(min):供电电压最小值                VS(max):供电电压最大值

        Vos:输入偏置电压                           GBW:增益带宽积

       SR:压摆率                                        Ib:输入偏置电流

        Iq:静态工作电流                              Vn:噪声

       

         以上记录了四款型号运放的一些参数,要求在不同场景下进行不同选型,已知,供电电压,增益带宽积,压摆率,上述型号皆满足要求,:        

        场景一:手持设备

        该场景下,手持设备关键需要考虑续航,在这里,需要选择低Iq的运放,选择LM358。

        场景二:放大较小信号

        该场景下,需要对输入偏置电压,和噪声进行优先考虑,选择OP07。

5、轨到轨

        所谓轨对轨(rail-to-rail)运算放大器,指的是运放输入和输出电压幅值非常接近或几乎等于电源电压值。      

        不是所有的轨对轨运放输入和输出都接近电源,有的只是输入有的只是输出,当然也有的输入输出都是轨对轨的。

        以上总结,有输入轨到柜运放、输出轨到轨运放、输入输出轨到轨运放,当然也有不是轨到轨的运放。

        说这点就是为了各位以后比如看到输出轨到轨运放,就知道,这个运放电路输出电压最高也只能是供电电压。

5、运放计算

         所有运放电路的计算,都是通过一个方式:虚短,虚断。       

        我们以一个电路为例,来计算出Vout与Vin的关系

        上图为运放最常见的一种电路,A点电压我们记作U+,B点电压我们记作U-。

虚断:电路可变成下图

        可以看到,断可以理解为,将运放的两个输入端,全部砍断X。

        此时,运放已经分为上下两个回路

        很明显B点电压:U+  =   0V

        A点电压,根据RF与RI上流过的电流是一样的,所以:

                       RF两端电压/RF电阻        =        RI两端电压/RI两端电阻

                    (Vout  -  U-)/RF             =       (U-  -  Vin)/RI

        整理一下第二个式子,以上我们便得到两个公式:

        U+  =   0V

        Vout=((RF+RI)*U-)/RI  -  (RF/RI)*Vin

        很明显,知道的信息还不够,还判断不出Vout与Vin之间的关系,需要使用虚短。

        

虚短:电路可变成下图

         可以看到,短可以理解为,将运放的两个输入端,直接短接。

        那么短接之后,U-端电压=U+电压

        此时我们的到第三个公式U-  =  U+:

        综合以上公式

        U+  =   0V

        Vout=((RF+RI)*U-)/RI  -  (RF/RI)Vin

        U-  =  U+

        进行求解:U+  =  0,而U-  =  U+,所以U-  =  U+  =  0;

        所以Vout=((RF+RI)*0)/RI  -  (RF/RI)Vin  =    -  (RF/RI)Vin 

        

        即我们算出,这个电路,输出Vout与输入Vin的关系为:

        Vout=-\frac{RF}{RI}Vin

        假设RF选用10K电阻,RI选用1K电阻,那么Vout  =  -10*Vin。

        示例,该电路,运放的反向输入端,输入电压-0.1V时,输出端输出1V电压,若输入2V电压,则输出-20V电压。

        但需要注意的一点是,必须选择大于输入电压范围和输出范围的电源电压,比如,想输出20V电压,则该电路运放供电电压,要大于20V(或±10V)。

        以上,该运放电路计算完毕,对于其它电路,也是根据虚短虚断来进行计算,其实也很简单,就是砍断,短路,多用就习惯啦。

        

                张牙舞爪的人,往往是脆弱的。因为真正强大的人,是自信的,自信就会温和,温和就会坚定

标签:--------,元器件,供电,运放,电源,电压,放大器,RI,输入
From: https://blog.csdn.net/qq_43312453/article/details/142999939

相关文章

  • 双十一数码好物怎么入手最划算?这五款数码好物闭眼入也不踩雷
    在这个充满诱惑的双十一狂欢节,我们不仅要追求价格的优惠,更要确保购买的数码好物能够真正满足我们的需求,带来实际的价值。因此,为了帮助大家更好地把握双十一购物的机会,我精心准备了一份2024年必入的数码好物清单,并为大家提供了一些购买建议,以确保你能以最划算的价格,买到最适合自......
  • OpenGL: 计算机图形学OpenGL在Visual Studio 2019/2022中的环境配置
    前言    在查找了众多有关OpenGL相关的环境配置后,对opengl在vs中的初步配置终是有了收获,总结作以此篇以免自己遗忘,也希望对大家有所帮助。一、OpenGL简介        OpenGL(OpenGraphicsLibrary)是一个跨语言、跨平台的应用程序编程接口(API),用于渲染二维和三维......
  • 京东Android最全面试题及参考答案
    Android常用控件TextViewTextView是Android中最基础的文本显示控件,用于在界面上展示静态的文本信息。它可以设置文本的内容、字体大小、颜色、样式等属性。在应用中,常用于显示标题、说明文字、提示信息等。例如,在一个登录界面中,TextView可以用来显示“用户名”“密......
  • 黑科技全自动协议挂机项目
    文介绍了一款能够自动化管理多个账号并执行广告观看任务的软件,该软件支持批量导入账号,一键运行,并能在后台挂机使用,同时不影响手机的正常操作。软件概述批量账号广告观看自动化软件是一款高效的工具,旨在帮助用户自动化地管理大量账号的广告观看任务,提高效率并减少人工操......
  • 最新版今日头条独家内部玩法,单号轻松简单日入2张
    今日头条作为流行的新闻和内容平台,为内容创作者提供了一个展示和盈利的机会。本文档详细介绍了利用特定工具在今日头条上进行文章创作的流程和优势。项目背景随着移动互联网的普及,越来越多的用户通过手机应用获取信息。今日头条凭借其算法推荐系统,成为用户获取信息的重......
  • 软件测试笔记——接口测试
    文章目录一、概念1.接口测试流程2.URL3.HTTP协议4.RESTful5.案例介绍二、Postman1.Postman软件2.登录接口调试-获取验证码3.登录接口调试-自动关联数据4.合同上传接口-提交请求数据5.提交参数查询6.批量执行7.接口用例设计8.断言8.参数化三、案例1.项目2.课程添加3.课......
  • 记一次复现实战去付费-虚拟定位App孙悟空
    这个APP需要通过直接去输入卡号,通过卡号付费实现虚拟定位的操作,同时虚拟定位的功能是在java层的静态代码块中实现的,所以直接去HOOK掉对应的检测卡密的过程就可以了分析:JEB实现反编译过程,通过搜索字符串('登录'),发现可以直接去查看到对应的函数位置publicvoidrun()......
  • hadoop完全分布式模式
    1.下载、上传、解压,添加环境变量。tarzxf/opt/software/hadoop-2.7.6.tar.gz-C/usr/local/src2.JAVA_HOMEhadoop-env.sh:修改JAVA_HOMEexportJAVA_HOME=/usr/local/src/jdk1.8.0_1813.NameNodehdfs-site.xml:namenode命令的存放路径;namenode的数据存放路径;设置备......
  • 读书笔记(二)
    第七章:建置剧本的建置是通过画面来讲述故事,利用视觉方式构建情节,而不是仅仅通过对话或旁白来传达信息。在10页之内,你需要清楚交代主要人物是谁,故事的戏剧性前提是什么,即故事主要讲述的是什么,以及戏剧性的情境,即围绕动作的环境和状况。建置一个剧本需要考虑以下几个要素:1.主要人......
  • 读书笔记(一)
    第一章:电影剧本是什么?1,电影剧本、戏剧和小说的区别:小说的行为动作、故事线等,经常发生在主要人物的头脑之中,我们能看到主人公的心理活动和感受,用主人公的视角和身份去经历故事。在戏剧中,所有的行为动作和故事线发生在舞台之上,只能通过对白语言、口头描述、表情和动作展示。在电......