电路分析方法：比例运放课件介绍

电路分析方法比例运放课件介绍本课件旨在全面介绍比例运算放大器（运放）的电路分析方法我们将从运放的基础概念出发，深入探讨理想与非理想运放的特性，详细阐述各种参数的测量与选型，并结合实际应用案例，帮助读者掌握运放电路的设计、分析与优化技巧通过本课件的学习，读者将能够更好地理解和应用运放，解决实际工程问题课件大纲概览运放基础电路分析参数与应用噪声与布局介绍运放的概念、应用背景，详细讲解理想运放的应用电路，深入探讨运放参数的测量方法、重点关注电源噪声的产生机理、以及理想与非理想运放的特性，如放大电路、缓冲电路、加法典型数值，以及不同应用场合测量与补偿技术，以及PCB布为后续学习打下基础电路等，并分析非理想运放的下的运放选型局与布线要点特性运放的概念和应用背景运算放大器（简称运放）是一种具有高增益的差分输入放大器，广泛应用于模拟电路中它的应用领域涵盖信号放大、滤波、电压比较、以及各种控制电路运放在现代电子设备中扮演着至关重要的角色，是构建各种电子系统的核心组件随着电子技术的不断发展，运放的应用范围也在不断拓展从最初的真空管运放，到现在的集成电路运放，运放经历了漫长的发展历程集成电路运放以其体积小、功耗低、性能稳定等优点，迅速取代了传统的真空管运放，成为主流的运放形式理想运放的特性无限大的开环增益无限大的输入阻抗12理想运放具有无限大的开环增益，这意味着即使输入信号非理想运放的输入阻抗为无穷大，因此不会从信号源吸收任何常微弱，也能产生足够大的输出信号电流，从而保证信号的完整性零输出阻抗无限大的共模抑制比34理想运放的输出阻抗为零，因此可以驱动任何负载，而不会理想运放能够完全抑制共模信号，只对差模信号进行放大受到负载的影响非理想运放的特性实际的运放并非完全理想，存在各种非理想特性，如有限的开环增益、有限的输入阻抗、非零的输出阻抗、有限的共模抑制比、输入偏置电流、输入偏置电压等这些非理想特性会对运放电路的性能产生一定的影响，在设计运放电路时需要加以考虑例如，有限的开环增益会导致放大倍数不准确；输入偏置电流会导致输出电压产生偏移；共模抑制比有限会导致共模信号被放大等运放的参数及选型开环增益输入阻抗输入偏置电压开环增益是指运放在没输入阻抗是指从运放输输入偏置电压是指当输有反馈的情况下，输出入端看进去的等效阻抗入电压为零时，为了使电压与输入电压之比输入阻抗越大，运放对输出电压为零，需要在开环增益越大，运放的信号源的影响越小输入端施加的电压输放大能力越强入偏置电压越小，运放的精度越高理想运放的应用电路理想运放是分析各种运放电路的基础通过对理想运放的分析，可以了解运放电路的基本工作原理和特性常见的理想运放应用电路包括放大电路、缓冲电路、加法电路、减法电路、积分电路、微分电路等这些电路在各种电子设备中都有广泛的应用例如，放大电路可以用来放大微弱的信号；缓冲电路可以用来隔离信号源和负载；加法电路可以用来实现多个信号的加法运算基本的运放电路反相放大器反相放大器是一种输出信号与输入信号反相的放大电路其放大倍数由反馈电阻和输入电阻的比值决定同相放大器同相放大器是一种输出信号与输入信号同相的放大电路其放大倍数由反馈电阻和输入电阻的比值决定电压跟随器电压跟随器是一种输出电压与输入电压相等的电路，也称为缓冲器其主要作用是提高带负载能力放大电路电压放大电路1电压放大电路用于将输入电压放大到所需的幅度根据不同的应用需求，可以选择反相放大器或同相放大器电流放大电路2电流放大电路用于将输入电流放大到所需的幅度常见的电流放大电路包括跨导放大器和跨阻放大器功率放大电路3功率放大电路用于将输入信号的功率放大到所需的水平，以驱动负载功率放大电路通常需要考虑散热问题缓冲电路电流缓冲器21电压缓冲器阻抗变换器3缓冲电路的主要作用是隔离信号源和负载，提高带负载能力，并实现阻抗变换电压缓冲器通常采用电压跟随器的形式；电流缓冲器可以采用共集电极电路或共源极电路；阻抗变换器可以用来匹配不同的阻抗，以提高信号传输效率加法电路同相加法器反相加法器加法电路用于将多个输入信号相加，输出一个代表所有输入信号之和的信号同相加法器和反相加法器的主要区别在于输出信号的相位加法电路广泛应用于音频混音、信号处理等领域非理想运放的特性分析输入偏置电流的影响输入偏置电压的影响开环增益的影响输入偏置电流会导致输出电压产生偏移，输入偏置电压也会导致输出电压产生偏移，有限的开环增益会导致放大倍数不准确，尤其是在高阻抗电路中，这种影响更为明并且会随着温度的变化而变化并且会影响电路的稳定性显输入偏置电流输入偏置电流是指当运放的两个输入端都接地时，流入或流出输入端的电流由于运放内部晶体管的特性不完全一致，导致两个输入端的电流不相等，产生输入偏置电流输入偏置电流会随着温度的变化而变化，并且对高阻抗电路的影响较大在实际应用中，可以通过一些方法来减小输入偏置电流的影响，例如采用电阻补偿、使用低输入偏置电流的运放等输入偏置电压输入偏置电压是指当运放的两个输入端都接地时，为了使输出电压为零，需要在输入端施加的电压输入偏置电压也是由于运放内部晶体管的特性不完全一致所造成的输入偏置电压会随着温度的变化而变化，并且对高精度电路的影响较大在实际应用中，可以通过一些方法来减小输入偏置电压的影响，例如采用调零电路、使用低输入偏置电压的运放等差模输入电压和共模电压差模输入电压1运放两个输入端之间的电压差共模输入电压2两个输入端对地的平均电压差模输入电压是运放正常工作的关键，运放主要对差模信号进行放大共模输入电压会对运放的共模抑制比产生影响，理想情况下，运放应该完全抑制共模信号，只对差模信号进行放大开环增益有限的开环增益1放大倍数不准确影响电路的稳定性2自激振荡开环增益是运放最重要的参数之一，它决定了运放的放大能力然而，实际运放的开环增益是有限的，这会导致放大倍数不准确，并且会影响电路的稳定性为了提高放大倍数的精度和电路的稳定性，通常需要采用反馈技术非理想特性的影响与补偿电阻补偿调零电路反馈技术可以减小输入偏置电流的影响可以减小输入偏置电压的影响可以提高放大倍数的精度和电路的稳定性输入偏置电流的影响输入偏置电流会导致输出电压产生偏移，尤其是在高阻抗电路中，这种影响更为明显例如，在一个反相放大器中，如果输入电阻和反馈电阻都很大，输入偏置电流流过这些电阻时，会产生较大的电压降，从而导致输出电压产生偏移这种偏移会影响电路的精度为了减小输入偏置电流的影响，可以采用电阻补偿的方法，或者使用低输入偏置电流的运放输入偏置电压的影响输入偏置电压也会导致输出电压产生偏移，并且会随着温度的变化而变化这种偏移会影响电路的精度，尤其是在高精度电路中，这种影响更为明显例如，在一个精密放大器中，如果输入偏置电压较大，会导致输出电压产生较大的误差为了减小输入偏置电压的影响，可以采用调零电路的方法，或者使用低输入偏置电压的运放差模输入电压和共模电压的影响差模放大共模抑制运放主要对差模信号进行放大，理想情况下，运放应该只对差模信运放应该完全抑制共模信号，只对差模信号进行放大共模抑制比号进行放大是衡量运放共模抑制能力的指标实际运放的共模抑制比是有限的，这意味着运放会对共模信号进行一定的放大如果共模信号较大，会导致输出信号产生误差为了提高共模抑制比，可以采用一些特殊的运放电路结构，或者使用具有高共模抑制比的运放开环增益的影响放大倍数不准确1有限的开环增益会导致放大倍数不准确，尤其是在高放大倍数的电路中，这种影响更为明显电路的稳定性2有限的开环增益会影响电路的稳定性，甚至会导致自激振荡为了提高电路的稳定性，通常需要采用反馈技术运放参数的测量方法输入偏置电流测量输入偏置电压测量开环增益测量可以使用电流表直接测量输入偏置电流，可以使用电压表直接测量输入偏置电压，可以使用信号发生器和示波器测量运放的或者通过测量输出电压的偏移来间接计算或者通过测量输出电压的偏移来间接计算开环增益输入偏置电流输入偏置电压输入偏置电流测量直接测量法1将电流表串联到运放的输入端，直接测量输入电流间接测量法2通过测量输出电压的偏移，计算输入偏置电流直接测量法需要使用高精度的电流表，并且需要注意电流表的极性间接测量法需要知道电路的放大倍数，并且需要消除其他因素的影响输入偏置电压测量1直接测量法间接测量法2直接测量法需要使用高精度的电压表，并且需要注意电压表的极性间接测量法需要知道电路的放大倍数，并且需要消除其他因素的影响可以通过对测量结果进行多次平均，以减小随机误差的影响差模输入电压和共模电压测量示波器测量差分放大器测量可以使用示波器直接测量差模输入电压和共模输入电压，也可以使用差分放大器将差模信号放大后进行测量在测量过程中，需要注意示波器的接地问题，以及差分放大器的共模抑制比开环增益测量12信号发生器示波器提供输入信号测量输出信号3计算增益输出电压/输入电压可以使用信号发生器提供输入信号，使用示波器测量输出信号，然后通过计算输出电压与输入电压的比值，得到运放的开环增益在测量过程中，需要注意信号发生器的输出幅度，以及示波器的量程设置为了保证测量结果的准确性，需要消除其他因素的影响，例如电源噪声、环境噪声等运放参数的典型数值及选型低噪声运放高速运放低功耗运放适用于音频放大、精密测量等对噪声要求适用于高速信号处理、视频放大等对速度适用于电池供电、便携式设备等对功耗要较高的场合要求较高的场合求较高的场合常见运放系列及参数比较系列开环增益输入偏置电输入偏置电带宽流压LM741200,00080nA1mV1MHzOP07300,

0001.5nA75uV

0.6MHzTL082100,00030pA3mV4MHz不同的运放系列具有不同的参数特性，例如开环增益、输入偏置电流、输入偏置电压、带宽等在选择运放时，需要根据具体的应用需求，综合考虑各种参数，选择合适的运放型号常见应用场合下的运放选型音频放大精密测量12需要选择低噪声、低失真的运需要选择低输入偏置电压、低放，例如OPA

2134、NE5532输入偏置电流的运放，例如等OP

07、LTC2057等高速信号处理3需要选择高带宽、高转换速率的运放，例如AD

8066、LMH6629等电源噪声及其补偿测量21产生补偿3电源噪声是指电源电压中的波动和干扰，会对运放电路的性能产生影响电源噪声的来源有很多，例如开关电源、数字电路、外部电磁干扰等为了减小电源噪声的影响，需要采取一些措施，例如使用滤波电容、采用线性稳压器、进行屏蔽等电源噪声的产生机理开关电源1高频开关动作数字电路2逻辑门翻转外部电磁干扰3无线电信号开关电源通过高频开关动作来实现电压转换，会产生高频噪声数字电路中的逻辑门翻转时，会产生瞬态电流，从而产生噪声外部电磁干扰会通过空间耦合或导线耦合进入电路，产生噪声电源噪声的测量方法1示波器2频谱分析仪可以使用示波器直接观察电源电压的波形，判断是否存在噪声可以使用频谱分析仪分析电源电压的频谱，了解噪声的频率和幅度在测量过程中，需要注意示波器和频谱分析仪的接地问题，以及探头的阻抗匹配电源噪声的补偿技术滤波电容线性稳压器屏蔽用于滤除电源中的高频噪声用于稳定电源电压，减小电压波动用于防止外部电磁干扰进入电路布局及布线要点PCB布局要点运放芯片靠近电源，滤波电容靠近运放芯片的电源引脚布线要点电源线和地线要粗，信号线要短，避免长距离并行走线运放布局要点PCB元件布局接地运放芯片应靠近电源，以减小电源噪声的影响滤波电容应靠近运放芯片的电源引脚，以提供更好的滤波效果输入输出信号线应尽量短，以减小噪声的干扰模拟电路和数字电路应分开布局，以减小数字电路对模拟电路的干扰运放布线要点PCB电源线和地线信号线避免环路电源线和地线应尽量粗，以减小阻抗，提高抗干扰能力信号线应尽量短，以减小噪声的干扰避免长距离并行走线，以减小串扰避免形成环路，以减小电磁干扰应用案例分析通过分析具体的应用案例，可以更好地理解运放电路的设计和应用例如，音频放大器、精密测量仪器、信号发生器等，都是运放的典型应用领域分析这些案例可以帮助读者掌握运放电路的设计技巧，并能够根据实际需求，设计出满足要求的运放电路案例分析应该包括电路原理图、元件参数选择、性能指标分析、以及调试方法等运算放大器应用案例1音频放大器电路原理用于放大音频信号，提高音量采用反相放大器或同相放大器，根据需要选择合适的放大倍数运算放大器应用案例2精密测量仪器1用于测量微弱的信号，例如温度、压力、光照等电路原理2采用差分放大器，提高共模抑制比，减小噪声的干扰运算放大器应用案例31信号发生器电路原理2信号发生器用于产生各种波形的信号，例如正弦波、方波、三角波等可以采用运放构建各种类型的振荡器电路，例如RC振荡器、LC振荡器、晶体振荡器等这些振荡器电路可以产生稳定、精确的信号课程总结本课程对运放的基本概念、特性、应用、参数测量、选型、以及PCB布局布线等方面进行了全面的介绍通过本课程的学习，读者应该能够掌握运放电路的设计和分析方法，并能够根据实际需求，选择合适的运放型号，设计出满足要求的运放电路希望本课程能够帮助读者更好地理解和应用运放，解决实际工程问题运放的基本概念和特性运放是一种高增益的差理想运放具有无限大的12分放大器开环增益、输入阻抗广泛应用于模拟电路中零输出阻抗、无限大的共模抑制比实际运放存在各种非理想特性3如有限的开环增益、输入偏置电流、输入偏置电压等理想与非理想运放的分析方法理想运放非理想运放理想运放分析是基础，可以帮助理解运放电路的基本工作原理非理想运放分析需要考虑各种非理想因素的影响，可以更准确地评估电路的性能运放参数的测量和选型测量方法选型依据掌握运放参数的测量方法，可以评估运放的性能了解各种参数的含义和作用，可以根据实际需求，选择合适的运放型号常见运放系列及参数比较，可以帮助选择合适的运放型号运放应用的注意事项电源噪声需要采取措施减小电源噪声的影响布局布线PCB需要注意布局布线要点，以提高电路的抗干扰能力反馈技术合理应用反馈技术，可以提高电路的稳定性和精度。