運(yùn)算放大器學(xué)習(xí)筆記

來自ST

電源電壓（VCC）– 運(yùn)算放大器正常工作時(shí)，兩個(gè)電源引腳之間的電壓差。

靜態(tài)電流/供電電流（ICC）– 封裝中的每個(gè)運(yùn)算放大器運(yùn)行所需的電源電流。

輸入偏移電壓（VIO）– 使輸出處于電源電壓的中間范圍的+和-引腳之間的差分輸入電壓。它源自內(nèi)部晶體管的匹配。輸入偏置電流（IIB）– 流經(jīng)運(yùn)算放大器輸入的電流。由于運(yùn)算放大器的偏置要求和正常工作泄漏，極少量的電流（pA或nA范圍，取決于技術(shù)）會(huì)流經(jīng)其輸入。當(dāng)大電阻或具有較高輸出阻抗的源連接到運(yùn)算放大器輸入端時(shí)，這可能會(huì)引起問題。這會(huì)導(dǎo)致運(yùn)算放大器的輸入端出現(xiàn)相關(guān)壓降，從而導(dǎo)致誤差。

增益帶寬積（GBP或GBW）– 運(yùn)算放大器增益與帶寬的乘積。它在20 dB的增益下測得。為小信號(hào)而定義。

電壓轉(zhuǎn)換率（SR）?– ?運(yùn)算放大器改變其輸出電壓的速度。運(yùn)算放大器的輸出變化率受電壓轉(zhuǎn)換率值限制。如果要放大的信號(hào)過快，則會(huì)導(dǎo)致失真。

軌到軌輸入?– ?具有高軌輸入的運(yùn)算放大器能夠處理高達(dá)Vcc+的輸入信號(hào)，而低軌輸入則能夠處理低至Vcc-的信號(hào)。軌到軌輸入運(yùn)算放大器可處理從Vcc-到Vcc+的輸入信號(hào)。

軌到軌輸出– 運(yùn)算放大器將其輸出驅(qū)動(dòng)到非?？拷娫锤删€的能力。

噪聲水平?– ?即使未在其輸入端施加任何信號(hào)，運(yùn)算放大器也會(huì)在輸出端產(chǎn)生隨機(jī)電壓。這種噪聲來自熱噪聲（白噪聲）或1/f噪聲，該噪聲也被稱為閃爍噪聲。對(duì)于具有高增益或高帶寬的應(yīng)用，噪聲水平可能會(huì)變得很高。

容性負(fù)載?– ?可能導(dǎo)致運(yùn)算放大器變成振蕩器。運(yùn)算放大器的輸出電阻與容性負(fù)載有關(guān)，該負(fù)載會(huì)在電路傳遞函數(shù)中產(chǎn)生額外的極點(diǎn)。通過伯德圖可清楚地查看電路在哪種運(yùn)行條件下會(huì)變得不穩(wěn)定。

零漂移– 斬波運(yùn)算放大器旨在對(duì)其VIO誤差進(jìn)行“自我校正”，以及隨著溫度與時(shí)間的變化而產(chǎn)生的誤差。得益于其設(shè)計(jì)，零漂移運(yùn)算放大器的VIO在微伏范圍內(nèi)，每攝氏度的漂移也在類似的“毫微伏”范圍內(nèi)。零漂移運(yùn)算放大器幾乎無1/f噪聲，而且，隨著時(shí)間的推移，其“老化”可以忽略不計(jì)。

關(guān)閉– 運(yùn)算放大器關(guān)閉。通常用于在應(yīng)用不運(yùn)行或不需要放大時(shí)降低電路待機(jī)電流。通常由專用運(yùn)算放大器引腳控制。

應(yīng)變計(jì)– 用于測量物體變形的傳感器。

RTD傳感器– 電阻溫度檢測器。許多RTD傳感器由纏繞在陶瓷/玻璃承載芯上的細(xì)金屬絲制成。

熱電偶– 不同類別的金屬之間的每次過渡都會(huì)產(chǎn)生微小的熱電電壓。這一效應(yīng)被用于某些溫度傳感器。

低壓信號(hào)放大

放大低壓信號(hào)時(shí)，肯定需要高精度運(yùn)算放大器，因?yàn)檩斎肫齐妷簳?huì)直接影響測量。另一方面，大多數(shù)低壓信號(hào)來自低阻抗源，因此，輸入偏置電流并不重要。差分放大器或儀表放大器采用典型電路。電流檢測是一種典型應(yīng)用，該應(yīng)用通常需要低軌或高軌功能，并可能需要具有一定轉(zhuǎn)換率，以跟蹤PWM。其他應(yīng)用包括惠斯登電橋電路，如應(yīng)變計(jì)、RTD傳感器或電阻傳感器。在此類應(yīng)用中，大多數(shù)情況下不需要軌到軌輸入，但您可能需要低噪聲設(shè)備。這同樣適用于熱電偶。

小電流放大

提供小電流的傳感器將需要具有低輸入偏置電流的運(yùn)算放大器。所有這些應(yīng)用均使用輸入偏移電壓通常并不重要的跨阻抗放大器。典型應(yīng)用包括用于通信、光幕、煙霧探測器、電化學(xué)氣體傳感器或光學(xué)心率監(jiān)測器的光電二極管電流檢測電路。在這種情況下，該器件通常由電池供電，因此功耗可能很重要，或者該器件需要快速運(yùn)行，并可能需要高電壓轉(zhuǎn)換率。

ADC緩沖

將模擬信號(hào)接入ADC可能會(huì)很棘手，因?yàn)锳DC需要在短時(shí)間內(nèi)獲得高電流，以便為輸入電容充電。運(yùn)算放大器輸出端通常駛?cè)胍粋€(gè)額外的電容，這可能會(huì)引起穩(wěn)定性問題，并可能需要使用補(bǔ)償技術(shù)。無論如何，運(yùn)算放大器引起的誤差應(yīng)小于ADC的一個(gè)LSB。此外，運(yùn)算放大器可用作基本的混疊濾波器。

反相放大器

為了形成穩(wěn)定的電路

雖然輸入端之間的電壓為0V，但是運(yùn)算放大器的輸入阻抗非常大，所以輸入這里既無電壓也無電流。虛短作用不需要電流，就可以將輸入電壓的變換反映到輸出端。

X點(diǎn)電壓因?yàn)樘摱套饔脼?V（GND電壓），將X點(diǎn)看作是支點(diǎn)。

阻抗大，可以認(rèn)為流入電阻R1的電流全部流入反饋電阻R2

用于即使輸出被反相也沒有什么問題的情況

LM358

同相放大器

反相放大器，同相放大器

加法器

減法器：V1-V2=output

一個(gè)關(guān)于降噪的音頻應(yīng)用

電壓跟隨器

一個(gè)測試的電路

通常需要對(duì)地進(jìn)行補(bǔ)償。接地可以從零偏移到提供。一個(gè)更安靜的信號(hào)參考點(diǎn)，或抵消“零”，以允許單極信號(hào)范圍表示正負(fù)值。在嘈雜的環(huán)境中，例如那些有數(shù)字開關(guān)、開關(guān)電源或外部產(chǎn)生噪聲的環(huán)境中，地面可能不是高精度系統(tǒng)中參考信號(hào)的理想場所。

通常，現(xiàn)實(shí)世界的信號(hào)，如溫度或壓力，可能會(huì)產(chǎn)生由極性變化表示的電壓。在單電源系統(tǒng)中，不能允許信號(hào)輸入到地下，因此必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行偏移以適應(yīng)極性的變化。

在AMP04上，提供了一個(gè)參考輸入引腳來允許輸入范圍的偏移。通過包含這個(gè)參考輸入，增益方程可以更準(zhǔn)確地表示。VouT= (VIN+-VIN-) x增益+ VREF

輸入屏蔽驅(qū)動(dòng)器在嘈雜的工業(yè)環(huán)境中，來自遠(yuǎn)程換能器的高阻抗源和長電纜通常會(huì)經(jīng)歷與輸入耦合的大量噪聲。通過屏蔽電纜運(yùn)行輸入信號(hào)可以最小化雜散電容誤差和外部源的噪聲耦合。電纜屏蔽層通常在模擬輸入端接地，然而，通過在與輸入端電壓相等的電位下用緩沖放大器驅(qū)動(dòng)屏蔽層，可以改善動(dòng)態(tài)噪聲抑制并降低有效電纜電容。驅(qū)動(dòng)屏蔽很容易實(shí)現(xiàn)與AMP04。對(duì)簡化原理圖的檢查表明，AMP04增益設(shè)置電阻引腳的電位精確地跟隨輸入。

如圖所示，通過雙單電源運(yùn)放(如OP213)緩沖這些引腳的電位，可以很容易地實(shí)現(xiàn)屏蔽驅(qū)動(dòng)器。另外，使用單端電源或雙絞線電纜的應(yīng)用可以驅(qū)動(dòng)單個(gè)屏蔽。為了盡量減少由于這種額外電路造成的誤差，所有組件和布線都應(yīng)靠近AMP04，并應(yīng)注意接地和旁路技術(shù)。

參考輸入VREr輸入用于設(shè)置系統(tǒng)接地。

對(duì)于雙電源操作，它可以連接到地，以提供零電壓輸出與零電壓差分輸入。

在單電源系統(tǒng)中，它既可以連接到負(fù)電源，也可以連接到電源之間的偽地。

在任何情況下，REF輸入必須以低阻抗驅(qū)動(dòng)。

噪聲過濾與大多數(shù)以前的儀器放大器不同，輸出級(jí)的反相輸入(引腳8)是可訪問的。通過在AMP04的反饋路徑上放置一個(gè)電容.圖顯示了一個(gè)10hz的低通濾波器，

單電源中的偏置零在單電源系統(tǒng)中消除失調(diào)是困難的，因?yàn)檎{(diào)整是為了達(dá)到零電壓。在零電壓輸出時(shí)，輸出處于飽和狀態(tài)(到負(fù)軌)，輸出電壓與正常偏移誤差無法區(qū)分。因此，必須謹(jǐn)慎使用圖9中的偏移置零電路。

首先，應(yīng)調(diào)整電位器，使輸出向正方向擺動(dòng);然后在相反的方向調(diào)整它，使輸出向地?cái)[動(dòng)，直到輸出停止變化。

精密單電源RTD放大器

低功率精度單電源RTD放大器顯示了一個(gè)線性化的RTD放大器，由單個(gè)5伏電源供電。然而，該電路在不修改的情況下可以工作到36伏。RTD由100 μA恒定電流激發(fā)，由放大器a (OP295)調(diào)節(jié)。

用于產(chǎn)生恒流的0.202伏參考電壓從2.500伏參考電壓中分離出來。AMP04將橋輸出放大到10 mV/°C的輸出系數(shù)。RTD通過將一部分信號(hào)饋送回參考電路來線性化，隨著溫度的升高而增加參考電壓。

當(dāng)校準(zhǔn)得當(dāng)時(shí)，RTD的非線性誤差將被消除。要進(jìn)行校準(zhǔn)，要么將RTD浸入零度冰浴中，要么替換一個(gè)精確的100 Ω電阻來代替RTD。

然后調(diào)整電橋平衡電位器R3為0伏輸出。請注意，0伏輸出也是單電源供電的AMP04的負(fù)輸出擺幅

極限。因此，一定要調(diào)整R3，首先使輸出變?yōu)檎龜[，然后再回調(diào)，直到輸出停止負(fù)擺。接下來，設(shè)置線性ADJ電位器到中頻。代替一個(gè)精確的247.04 Ω電阻(相當(dāng)于400°C的溫度)代替RTD。調(diào)整滿量程電位器為4000伏輸出。最后替換一個(gè)175.84 Ω電阻(相當(dāng)于200°C的溫度)，并調(diào)整線性ADJ電位器在輸出處為2.000伏。根據(jù)需要重復(fù)全尺寸和半尺寸的調(diào)整。經(jīng)過適當(dāng)校準(zhǔn)，電路在溫度測量范圍內(nèi)的精度優(yōu)于±0.5°C從0°C到400°C。

審核編輯：湯梓紅