½拿起这本书的时候，可½是种类繁多、秉性迥异，½青春健朗、招人怜爱的
放大器，第一次，如此端庄地站在½的面前，笑容可掬。
½吧……很高兴认识½。
½½，放大器
初识篇
杨建½
西安交通大学
| 2014
目½
前言
........................................................................................................................................................................... 8
1.
放大器定义、分类和选择½用
....................................................................................................................... 9
1.1.
1.2.
放大器定义
.................................................................................................................................................................9
放大器的全家谱..........................................................................................................................................................
9
晶½管
............................................................................................................................................................................................................... 9
运算放大器
...................................................................................................................................................................................................... 10
运放的渊源，以及必要的数学分析
...................................................................................................................................................................................... 10
全差分运放的诞生
................................................................................................................................................................................................................. 13
功½放大器
...................................................................................................................................................................................................... 14
仪表放大器
............................................................................................................................................................................................................................ 15
差动放大器
............................................................................................................................................................................................................................ 16
程控增益放大器
..................................................................................................................................................................................................................... 17
压控增益放大器
..................................................................................................................................................................................................................... 18
隔离放大器
............................................................................................................................................................................................................................ 19
1.3.
选择放大器的原则
....................................................................................................................................................20
2.
运算放大器的关键指标详解.........................................................................................................................
21
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.5.1
2.5.2
2.5.3
输入失调电压（Offset
Voltage,V
OS
）
......................................................................................................................21
失调电压漂移（Offset
Voltage Drift) .......................................................................................................................22
输入偏½电流（Input
bias current，I
B
）
.................................................................................................................23
输入失调电流（Input
offset current，I
OS
）
.............................................................................................................24
关于失调和偏½的总结
............................................................................................................................................25
0
输入时怎么计算放大器的实际输出？
............................................................................................................................... 25
易受½响的电路
..................................................................................................................................................................... 27
如½克服它们的½响
............................................................................................................................................................. 28
2.6
2.6.1
噪声指标（Noise）
..................................................................................................................................................29
初识噪声.................................................................................................................................................................................
30
在时域构造一个看似混乱的波½
.......................................................................................................................................................................................... 30
构造一个真正的噪声
............................................................................................................................................................................................................. 31
用傅里叶变换分析噪声
......................................................................................................................................................................................................... 32
怎样衡量噪声的大小
............................................................................................................................................................................................................. 33
噪声的电压密度曲线
............................................................................................................................................................................................................. 36
2.6.2
2.6.3
最简单的运放的噪声模型
..................................................................................................................................................... 37
U
N_I
的噪声密度及噪声有效值计算
....................................................................................................................................... 38
1/f
噪声密度及噪声有效值计算.............................................................................................................................................................................................
39
½噪声密度及噪声有效值计算
.............................................................................................................................................................................................. 39
总噪声密度和总有效值计算..................................................................................................................................................................................................
39
2.6.4
从噪声电压密度曲线中获得
C
和
K
...................................................................................................................................... 40
K
的确定
................................................................................................................................................................................................................................ 41
C
的确定
................................................................................................................................................................................................................................ 42
2.6.5
噪声计算中频率的起点
f
a
和终点
f
b
....................................................................................................................................... 43
终点：等效带½
f
b
................................................................................................................................................................................................................. 43
起点频率
f
a
............................................................................................................................................................................................................................. 46
1
2.6.6
2.6.7
噪声的有效值和峰峰值关系
.................................................................................................................................................. 47
OP27
噪声计算实例
............................................................................................................................................................... 48
看
OP27
数据手册，得到关键参数
....................................................................................................................................................................................... 48
在已有信息中，进行初步验证
.............................................................................................................................................................................................. 49
2.6.8
完整运放电路的噪声计算
..................................................................................................................................................... 50
运放电路噪声全模型及其输出噪声计算方法
....................................................................................................................................................................... 50
电阻的热噪声
........................................................................................................................................................................................................................ 51
运放的等效输入电流噪声
..................................................................................................................................................................................................... 52
独立噪声源的输出计算
......................................................................................................................................................................................................... 54
2.6.9
2.6.10
2.6.11
多级放大电路的噪声计算
..................................................................................................................................................... 55
噪声计算总结
......................................................................................................................................................................... 56
噪声计算中的一些有趣问题
.................................................................................................................................................. 57
2
个
1kΩ
电阻串联，与
1
个
2kΩ
电阻噪声一致吗
.............................................................................................................................................................. 57
降½输出噪声的方法
............................................................................................................................................................................................................. 58
先滤波还是先放大
................................................................................................................................................................................................................. 59
½噪声设计中的技巧
............................................................................................................................................................................................................. 60
2.7
2.8
2.9
2.10
2.11
2.12
输入电压范围（Input
Voltage Range）....................................................................................................................61
输出电压范围（V
OH
/V
OL
或者
Swing from rail）....................................................................................................62
共模抑制比（Common-mode
rejection ratio，CMRR） .........................................................................................63
开环电压增益（Open-loop
gain，A
VO
）
.................................................................................................................64
压摆率（Slew
rate，SR） ........................................................................................................................................65
带½指标
...................................................................................................................................................................66
单½增益带½（Unity
Gain-bandwidth，UGBW）—f
1
......................................................................................................................................................... 66
增益带½积（Gain
Bandwidth Product，GBP
或者
GBW）—f
2
........................................................................................................................................... 66
-3dB
带½—f
3
......................................................................................................................................................................................................................... 66
满功率带½(Full
Power Bandwidth) —f
0
................................................................................................................................................................................ 66
大小关系
................................................................................................................................................................................................................................ 66
2.13
2.14
2.15
2.16
2.17
建立时间（Settling
Time） ......................................................................................................................................68
相½裕度（Phase
margin，½）和增益裕度 ........................................................................................................69
电源电压抑制比（PSRR-Power
Supply Rejection Ratio） .....................................................................................70
全谐波失真加噪声
THD+Noise ...............................................................................................................................71
热阻（Thermal
resistance，θ
JA
）和温度范围
.........................................................................................................72
3.
多种多样的运算放大器
................................................................................................................................ 73
3.1
3.1.1
精密运放和高速运放
................................................................................................................................................73
精密运放概述
......................................................................................................................................................................... 73
OP07....................................................................................................................................................................................................................................... 73
½失调电压运放
..................................................................................................................................................................................................................... 74
½噪声运放
............................................................................................................................................................................................................................ 75
½供电电压运放
..................................................................................................................................................................................................................... 76
½偏½电流运放
..................................................................................................................................................................................................................... 77
½功耗运放
............................................................................................................................................................................................................................ 78
½价格运放
............................................................................................................................................................................................................................ 79
3.1.2
3.1.3
高速运放.................................................................................................................................................................................
80
查找满足条件的放大器
......................................................................................................................................................... 82
2
3.2
3.2.1
3.2.2
3.2.3
3.2.4
3.2.5
电流反馈型运算放大器(CFA)
..................................................................................................................................83
电流反馈型放大器的内核
..................................................................................................................................................... 83
基本分析方法
......................................................................................................................................................................... 84
CFA
和
VFA
传½对比
........................................................................................................................................................... 85
优缺点总结
............................................................................................................................................................................. 88
ADI
的电流反馈型放大器
..................................................................................................................................................... 89
3.3
3.3.1
全差分运算放大器
....................................................................................................................................................90
全差分运算放大器概述
......................................................................................................................................................... 90
优点
........................................................................................................................................................................................................................................ 90
3.3.2
常见电路分析方法
................................................................................................................................................................. 91
单端输入½差分输出
............................................................................................................................................................................................................. 91
含阻抗匹配的单端输入½差分输出
...................................................................................................................................................................................... 93
全差分运放的其他电路½式..................................................................................................................................................................................................
97
3.3.3
ADI
的全差分放大器
........................................................................................................................................................... 100
4.
½用放大器的共性问题
.............................................................................................................................. 101
4.1
4.1.1
4.1.2
4.1.3
4.1.4
4.1.5
4.1.6
4.1.7
4.1.8
4.1.9
4.1.10
4.1.11
4.1.12
放大器的封装
......................................................................................................................................................... 101
关于封装的一些基本概念
................................................................................................................................................... 101
PDIP
封装
............................................................................................................................................................................. 102
SOIC-N
封装
........................................................................................................................................................................ 103
SOIC-W
封装
........................................................................................................................................................................ 104
MSOP
封装
........................................................................................................................................................................... 105
TSSOP
封装
.......................................................................................................................................................................... 106
SOT-23
封装
......................................................................................................................................................................... 107
SC70
封装
............................................................................................................................................................................. 108
LFCSP
封装
.......................................................................................................................................................................... 109
LCC
封装
.............................................................................................................................................................................. 110
WLCSP
封装
.........................................................................................................................................................................111
常用管脚分布和例外
........................................................................................................................................................... 113
4.2
4.2.1
4.2.2
供电和电源去耦......................................................................................................................................................
114
给放大器供电的几项注意
................................................................................................................................................... 114
怎么给放大器电源配½电容？
............................................................................................................................................ 114
库电容
................................................................................................................................................................................................................................... 114
旁路电容
............................................................................................................................................................................................................................... 114
4.2.3
配½旁路电容器的注意事项
................................................................................................................................................ 116
4.3
4.3.1.
不要½视直流通路
.................................................................................................................................................. 117
为什么要给放大器提供直流通路
........................................................................................................................................ 117
几种常见的浮空源
................................................................................................................................................................................................................ 117
4.3.1.
4.3.2.
4.3.3.
仪表放大器不接受浮空输入
................................................................................................................................................ 118
差动放大器可以接受浮空输入
............................................................................................................................................ 119
全差分放大器可以接受浮空输入
........................................................................................................................................ 119
4.4
4.4.1.
4.4.2.
4.4.3.
自激振荡
................................................................................................................................................................. 120
自激振荡现象
....................................................................................................................................................................... 120
根本原因...............................................................................................................................................................................
120
避免和消除
........................................................................................................................................................................... 120
3
4.5
4.5.1.
4.5.2.
驱动大电容负½½......................................................................................................................................................
121
½驱动大电容的运放
........................................................................................................................................................... 121
驱动大电容的典型电路
....................................................................................................................................................... 122
4.6
4.6.1.
4.6.2.
4.6.3.
注意输入端保护......................................................................................................................................................
123
一个小故事
........................................................................................................................................................................... 123
原因
...................................................................................................................................................................................... 124
得出的结论
........................................................................................................................................................................... 124
4.7
4.7.1.
4.7.2.
带½计算——最基本的计算
.................................................................................................................................. 126
传统估算公式
....................................................................................................................................................................... 126
关于增益带½积完整的要求
................................................................................................................................................ 127
k
问题
................................................................................................................................................................................................................................... 127
k
问题变½
1......................................................................................................................................................................................................................... 127
4.7.3.
4.7.4.
闭环增益表达式
................................................................................................................................................................... 128
k
问题的进一步变½和求解
................................................................................................................................................. 129
可利用的规律
...................................................................................................................................................................................................................... 129
基于上述规律的
k
问题求解
................................................................................................................................................................................................ 130
4.7.5.
4.7.6.
带½计算实例
....................................................................................................................................................................... 131
奇怪的增益隆起
................................................................................................................................................................... 132
4.8
4.8.1.
漂亮的布线是成败的关键
...................................................................................................................................... 134
基础知识...............................................................................................................................................................................
134
英制单½
.............................................................................................................................................................................................................................. 134
PCB
走线和铜导线的电阻
................................................................................................................................................................................................... 134
PCB
走线的电感量
.............................................................................................................................................................................................................. 135
PCB
走线与地层的电容量
................................................................................................................................................................................................... 135
4.8.2.
4.8.3.
4.8.4.
4.8.5.
4.8.6.
布局原则——近、顺
........................................................................................................................................................... 136
走线原则——短、粗、远、滑
............................................................................................................................................ 136
反馈支路——背面挖空
....................................................................................................................................................... 137
½量不要自动覆铜
............................................................................................................................................................... 137
多看，多悟，少记
............................................................................................................................................................... 137
5.
典型放大电路分析
...................................................................................................................................... 138
5.1
5.1.1.
单电源线性变换电路
.............................................................................................................................................. 138
交流耦合...............................................................................................................................................................................
138
同相电路一
.......................................................................................................................................................................................................................... 139
同相电路二
.......................................................................................................................................................................................................................... 140
同相电路三
.......................................................................................................................................................................................................................... 141
反相电路
.............................................................................................................................................................................................................................. 142
5.1.2.
直接耦合...............................................................................................................................................................................
143
同相增益大于
0.5................................................................................................................................................................................................................. 143
同相增益小于
0.5................................................................................................................................................................................................................. 145
反相
...................................................................................................................................................................................................................................... 146
5.2
5.2.1.
5.2.2.
电流源电路
............................................................................................................................................................. 147
Howland
电流源
................................................................................................................................................................... 147
利用差动放大器实现的电流源
............................................................................................................................................ 149
图
5-7
电路分析
................................................................................................................................................................................................................... 149
4
京公网安备 11010802033920号
Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved
评论