《运放原理介绍》课件

运放原理介绍什么是运算放大器Op-Amp高增益可用于各种电路运算放大器是一种具有高增益的电子运算放大器可以用于构建各种电路，器件，通常能够放大微弱的信号例如放大器、滤波器、比较器等集成电路运算放大器通常以集成电路的形式实现，具有体积小、价格低的优点运放的特点和分类高增益高输入阻抗低输出阻抗运放具有极高的电压增益，通常在10^5到运放的输入阻抗非常高，几乎不从信号源运放的输出阻抗很低，能够驱动各种负载10^8之间，能够放大微小的信号抽取电流，因此不会影响信号源的输出，实现信号的有效传递理想运放的特性无限大的开环增益无限大的输入阻抗12即使输入信号很小，也能放大理想运放的输入阻抗无限大，到一个非常大的输出信号意味着它不会从输入信号源中汲取电流零输出阻抗无限带宽34理想运放的输出阻抗为零，意理想运放可以放大任何频率的味着它可以向任何负载提供足信号，而不会产生信号失真够的电流，而不会影响输出电压实际运放的特性和应用限制有限增益输入偏置电流实际运放的增益并非无限大，存实际运放的输入端存在微小的偏在有限增益带宽积，影响高频性置电流，可能会影响电路精度能输入偏置电压输出电流限制实际运放的输入端存在微小的偏实际运放的输出电流存在限制，置电压，可能会影响电路精度无法驱动高负载常见运放电路拓扑反相放大器非反相放大器电压跟随器输入信号经由反相输入端进入电路,输出输入信号经由非反相输入端进入电路,输输出信号与输入信号相等,具有高输入阻信号与输入信号相位相反出信号与输入信号相位相同抗和低输出阻抗反相放大电路输入信号输入信号经过一个电阻连接到运放的负输入端反馈网络运放的输出端通过另一个电阻连接到负输入端，形成反馈回路放大倍数放大倍数由两个电阻的比例决定输出信号放大后的输出信号出现在运放的输出端非反相放大电路输入信号直接连接到运放的非反相输入端1输入信号直接作用于运放的非反相输入端，而反馈信号则连接到运放的同相输入端反馈信号经过一个反馈电阻连接到运放的同相输2入端反馈信号经过反馈电阻，以负反馈的形式调节运放的输出电压，从而实现放大功能输出电压为输入电压的放大倍数3非反相放大电路的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路高输入阻抗1防止负载对输入信号的影响低输出阻抗2保证输出信号的稳定性单位增益3输出电压等于输入电压电压比较器电路比较电压1比较器根据两个输入电压的大小关系，输出高低电平阈值电压2设定一个参考电压，比较器根据输入电压与参考电压的大小关系输出应用场景3广泛应用于信号检测、电压控制、温度控制等领域串联运放电路增益提升1级联多个运放可实现更高增益带宽扩展2组合不同频率特性运放扩展带宽阻抗匹配3不同级运放间阻抗匹配更佳性能并联运放电路带宽扩展1通过将多个运放并联，可以扩展电路的带宽，提高频率响应性能输出电流提升2并联运放可以提高电路的输出电流能力，适用于需要大电流驱动负载的应用场景噪声抑制3通过并联多个运放，可以降低噪声的影响，提高信号的信噪比运放的单极电源供电单极供电参考电压优势许多运放能够使用单极电源工作，这意在这种情况下，运放的输出电压以电源单极供电简化了电路设计，减少了电源味着它们仅需要一个正电压或一个负电电压的一半为基准，通常为地电位需求压运放的双极电源供电双极电源电路图接地运放通常采用双极电源供电，正负电源电在电路图中，正电源连接到运放的正电源双极电源供电的运放通常将负电源接地，压相等，提供对称的供电电压引脚，负电源连接到运放的负电源引脚作为参考电压运放的差模输入和共模输入差模输入共模输入12两个输入端电压的**差值**称为差模输入电压两个输入端电压的**平均值**称为共模输入电压运放的共模抑制比CMRR定义:共模抑制比CMRR表示运放对差模信号的放大倍数与对共模信号的放大倍数之比意义:CMRR值越高，表明运放对共模信号的抑制能力越强，对差模信号的放大能力越强单位:dB分贝影响:CMRR影响运放的精度和稳定性运放的输入偏置电流10100nA pA典型值低偏置电流输入偏置电流是指运放输入端流入或流出芯片的电流它会影响运放的输出电压，尤其是当输入信号很小时运放的输入偏置电压输入偏置电压是指在理想情况下运放两个输入端电压应该相等，但实际上由于器件的不完美，两个输入端之间会存在一个微小的电压差，这就是输入偏置电压运放的输出饱和电压定义运放输出电压能够达到的最大值，超过此值，输出电压将不再线性增加影响因素电源电压、负载电流、温度等因素应用确定运放输出电压的范围，避免输出过载或损坏运放的过载保护防止过载，保护运放超出线性范围，信号失真限制输出电流，防止损坏运放的频率特性带宽截止频率运放的带宽是指能正常放大信号截止频率是指运放的增益下降到的频率范围带宽越宽，运放的1/√2倍（约为

0.707倍）时的频频率响应越好，能够处理更高频率超过截止频率，运放的增益率的信号会逐渐下降相位偏移随着频率的升高，运放的输出信号与输入信号之间会产生相位偏移相位偏移会影响信号的形状和稳定性运放的频率补偿稳定性频率响应闭环增益频率补偿是确保运放稳定运行的关键通过引入补偿网络，可以改善运放的频率补偿可以控制闭环增益，使其在步骤，防止振荡或信号失真频率响应，扩展其工作带宽特定频率范围内保持稳定运放的噪声特性噪声来源噪声类型噪声指标主要来源于内部器件和外部干扰包括热噪声、散粒噪声、闪烁噪声等通常用噪声电压密度、噪声电流密度来衡量运放的热特性温度影响热漂移温度变化会影响运放的性能，温度升高会导致运放参数发生如增益、偏移电压和噪声漂移，影响电路稳定性热稳定性运放的设计应考虑热稳定性，确保在工作温度范围内性能稳定运放的可靠性工作温度范围抗干扰能力寿命周期运放能够在极端温度条件下稳定工作，确运放能够抵御电磁干扰和机械振动，保持运放的设计保证了其长期可靠性，满足不保可靠性信号完整性同应用场景的需求运放的应用实例音频放大滤波器控制系统数据采集运放可用于音频放大电路，运放可以构建各种类型的滤运放可以用于控制系统，例运放可以用于数据采集系统例如耳机放大器和扬声器放波器，例如低通滤波器、高如温度控制系统、电机控制，例如电压测量、电流测量大器通滤波器和带通滤波器系统和机器人控制系统和温度测量运放的选型原则应用场景性能指标12考虑运放的应用场景，例如放根据应用需求，选择合适的带大信号、滤波、比较等，选择宽、增益、输入阻抗、输出阻合适的运放类型抗、噪声特性、电源电压等指标封装和尺寸价格和供货34考虑电路板的空间限制，选择平衡性能和成本，选择价格合合适的封装形式和尺寸理且供货稳定的运放型号运放电路设计实践确定应用场景选择合适的电路拓扑进行电路仿真制作电路原型根据具体应用需求选择合适根据需求选择反相放大、非利用仿真软件验证电路性能根据设计方案搭建实际电路的运放类型和参数反相放大、电压跟随器、比，优化参数和元件选择，进行测试和调试较器等电路拓扑实验演示和测试验证电路1实验证实设计是否符合预期性能测试2测量关键指标，如增益，带宽，失真稳定性测试3评估电路在不同条件下的可靠性应用案例分享汽车电子医疗设备工业自动化运放广泛应用于汽车电子系统，例如发运放用于医疗设备的信号采集、放大、运放广泛应用于工业自动化设备，例如动机控制系统、ABS系统、安全气囊系统处理，例如心电仪、血压计、血糖仪等温度控制系统、压力控制系统、液位控等，实现信号放大、滤波、比较等功能，提高测量精度和稳定性制系统等，实现信号处理和控制功能总结与展望运放是一种非常重要的模拟电路元件，广泛应用于各种电子系统中随着技术的进步，运放的性能不断提升，应用领域不断扩展。