第三章 放大器,2011年9月,內容,一、運算放大器基礎 二、高精度運算放大器LMP2011 三、低漂移放大電路ICL7650 四、低功耗儀器放大器INA102 五、可編程儀器放大器PGA103 六、隔離放大器ISO100,一、運算放大器基礎,運算放大器基本組成 運算放大器符號 運算放大器等效電路和傳輸特性 運算放大器主要參數 放大電路的基本形式 運算放大器類型,甲乙類互補對稱功率放大電路,運算放大器基本組成,！高放大倍數差動輸入直流放大器,運算放大器符號,常用符號,國家標準符號,741管腳,運算放大器等效電路和傳輸特性,等效電路,傳輸特性,運算放大器主要參數,1) 輸入失調電壓 U IO,使 UO = 0，輸入端施加的補償電壓 一般mV數量級，高精度 V數量級 溫度漂移數十 V/度，高精度1 V/度以下 失調電壓易消除，但溫度漂移不能直接消除，應該選用低失調和低溫度漂移的器件和采用斬波穩零放大器,2) 輸入偏置電流 I IB,UO = 0 時,雙極性晶體管輸入10 nA 1 A，場效應晶體管輸入一般小于1 nA 當輸入偏置電流較大或需要高精度直流放大器時，兩個輸入端電阻要匹配,運算放大器主要參數,電阻如何匹配？,3) 輸入失調電流 IIO,UO = 0 時，,1 nA 0.1 A 失調電流易消除，但溫度漂移不能直接消除，應該選用低失調和低溫度漂移的器件和采用斬波穩零放大器,運算放大器主要參數,4) 開環電壓增益 Aud,100 140 dB,運算放大器主要參數,5) 差模輸入電阻 R id,輸出電阻 Ro,（電阻+電容） 雙極型：幾十千歐 幾兆歐，場效應管：一般大于1000兆歐,幾十歐 幾百歐,6) 共模抑制比 KCMR, 80 dB,線性區域,運算放大器主要參數,7) 最大差模輸入電壓 UIdM,當 UId 過大時，反偏的 PN 結可能因反壓過大而被擊穿。,8)最大共模輸入電壓 UICM,9) 最大輸出電壓幅度 UOPP,特定負載下，輸出的最大電壓幅度 軌-軌運算放大器UOPP近似為電源電壓,當共模抑制比變壞時,運算放大器主要參數,10) 開環帶寬 SW,當開環電壓增益下降3dB時，對應信號的頻率 一般幾十KHz,11) 單位增益帶寬 GB,當閉環電壓增益為1時，加入正弦小信號,閉環電壓增益下降到0.707, 對應信號的頻率,12) 轉換速率電壓擺率 SR,當額定負載下, 加入階躍大信號,輸出電壓最大變化速率,運算放大器主要參數,13) 等效輸入噪聲電壓UN,輸出噪聲電壓等效到輸入端 一般有效值10-20 V,放大電路的基本形式,同相放大器：,輸入阻抗高、輸出阻抗小 可用于阻抗變換、隔離,交流放大器,電壓跟隨器,放大電路的基本形式,反相放大器：,高頻放大器？,低頻放大器？,放大電路的基本形式,差動放大器：,去共模干擾,影響共模抑制比主要因素： 匹配精度、放大器共模抑制比、開環增益、輸入阻抗等,放大電路的基本形式,運算放大器一定存在虛短和虛斷,？,虛短,虛斷,u+ u 0,i+ = i 0,放大電路的基本形式,虛短和虛斷,？,線性和非線性,？,運算放大器類型,低噪聲運算放大器 精密運算放大器 高CMRR運算放大器 高輸入阻抗運算放大器 高速運算放大器 寬帶運算放大器 低功耗運算放大器 大功率運算放大器 軌軌運算放大器 斬波穩零運算放大器 儀用放大器 可編程放大器 隔離放大器 單電源和雙電源 單運放、雙運放和四運放,主要應用領域：工業設備、醫療、汽車電子 Precision instrumentation amplifiers Thermocouple amplifiers Strain gauge bridge amplifier,（High Precision, Rail-to-Rail Output Operational Amplifier）,二、高精度運算放大器LMP2011,LMP2011- 特點,LMP2011- 管腳及工作參數,LMP2011應用-熱電阻測量溫度,注意： 電源電壓 放大倍數 接法 各個放大器作用,LMP2011應用-應變電橋放大器,放大倍數 (增益調R3) 低失調和漂移 CMRR 大于 108 dB(決定于電阻匹配),注意： 電源電壓 放大倍數（作業） 接法 各個放大器作用 電阻選擇,美國國家半導體公司-高精度放大器產品,TI公司,三、 斬波穩零運算放大器ICL7650,引言 斬波穩零運算放大器ICL7650原理 ICL7650特性 ICL7650典型應用,引言,在微弱信號的測量中，常常需要放大微伏級的電信號； 普通的運算放大器的輸入失調電壓一般在數百微伏以上，而失調電壓的溫度系數在零點幾微伏以上； 輸入失調電壓可以被調零，漂移難以消除； 失調電壓及其漂移、共模電壓、低頻噪聲、電源電壓變化等對運算放大器的影響被降低到最小。,斬波穩零運算放大器-ICL7650原理,SUPER CHOPPER- STABILIZED OPERATIONAL AMPLIFIER,誤差檢測和寄存：,校零和放大：,ICL7650原理說明,主放大器：它與一般的運算放大器不同之處在于，它有三個輸入端。除引出芯片外部的同相和反相輸入端外，其在芯片內部還有一個用于校零的同相輸入端。 校零放大器：它也有三個輸入端，但與主放大器相反，在芯片內部的輸入端是反相輸入端。 時鐘和開關電路：內部時鐘產生時鐘信號，控制各開關按一定的時序閉合與斷開。200Hz 補償網絡：它使電路在較寬的頻帶內有平坦的響應。 箝位電路（CLAMP）：它實際上是一個當輸出與電源電壓相差接近1V時動作的開關，把CLAMP與運放的反相輸入端短接，則其引入的深度負反饋可使電路在過載時的增益大大下降以防止飽和。它可以加速電路在過載后的恢復。,ICL7650特性,管腳,典型應用,兩個記憶電容CXA和CXB必須使用絕緣電阻很高的優質電容器。例如，聚酯薄膜電容器、聚苯乙烯電容器、聚丙烯電容器等 容量可以從0.1F至1F中選擇。 高精度放大器，往往在輸入電壓為微伏量級的情況下高增益工作。要保證放大器的精度，負反饋電阻必須有足夠的精度，且電路的閉環增益不能太大； 提高印制板的質量，防止印板表面的漏電流。為此，可在印制板上設置保護環，尤其是14引腳和20引腳的芯片，可以充分利用輸入端周圍的空腳，構造保護環,ICL7650-熱電偶測溫電路,E(T,0 )=E(T,t0)+E(t0,0 ),冷端補償,熱電偶,電壓平移,放大器,零點放大倍數調整,-273.1533 氦氣的制冷機可以達到零下271度 273K-0 c,四、低功耗儀器放大器INA102,Low-Noise,低功耗儀器放大器INA102-內部電路,低功耗儀器放大器INA102-基本連接,低功耗儀器放大器INA102-外部電阻增益調節,低功耗儀器放大器INA102-電橋放大,低功耗儀器放大器INA102-心電前置放大,XTR110V TO I介紹,電流電壓？ 電壓電流？ 要求？,低功耗儀器放大器INA102- V / I,XTR110V TO I介紹,改變輸出電流?,低功耗儀器放大器INA102- V / I,電橋到4MA-20MA轉換,低功耗儀器放大器INA102- V / I,五、可編程儀器放大器PGA103,功能 高共模電壓環境下的小信號測量，對被測對象和數據采集系統予以隔離，提高共模抑制比，抗干擾 低漂移 電機控制 保護電子儀器設備 人身安全 分類 按耦合方式不同，分為變壓器耦合、電容耦合和光電耦合 采用變壓器耦合的隔離放大器有： 、 、 采用電容耦合的隔離放大器有： 、 采用光電耦合的隔離放大器有： 、 、惠普公司 內置變換器： 、 、 、（三端隔離)、 、（三端隔離）、,六、隔離放大器ISO100,光電隔離放大器 ISO100,原理圖,small size, low offset and drift, wide bandwidth, ultra low leakage, and low cost,ISO100-特性,ISO100-單極性輸入,Attention： A current more negative than 20nA is n