作為一名基帶硬件工程師,長期和數(shù)字信號打交道,大學(xué)的那點信號調(diào)理知識是不是早就還給老師了?在一些復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計中,我們總歸會碰到一些信號放大、濾波、采樣等問題,如果肚子里面沒點相關(guān)的墨水那肯定是不行的。
后續(xù),我會陸續(xù)給大家分享運算放大器相關(guān)的知識,希望給大家的設(shè)計帶來一些幫助,也給初學(xué)放大器的同學(xué)提供一定的指導(dǎo)。
文章部分參考楊建國老師的《你好,放大器》和《TI-信號鏈應(yīng)用》,有興趣的同學(xué)可以直接去拜讀,講得非常透徹。
01 定義
運放全稱是運算放大器,它是一個差分輸入、多級聯(lián)、直接耦合、高增益的單芯片集成電路,搭配一些阻容器件能實現(xiàn)不同功能的運算電路,因而得名。運放有兩個輸入端、一個或兩個輸出端、正負電源供電端。
02 理想運放的特性
在做具體電路分析前,我們需要了解一下理想運放的基本特性:
1)開環(huán)增益無窮大,隨便翻看一下運放的datasheet,開環(huán)增益基本都在100dB以上了;
2)輸入阻抗無窮大,即沒有電流流進運放的輸入端;
3)輸出阻抗為0,實際運放一般會有一個幾十~幾百歐姆的開環(huán)輸出阻抗。
在了解運放上述的特性后,我們就要引出運放的“虛短”和“虛斷”概念了:
1)虛斷:因為運放的輸入阻抗很大,我們可以認為沒有電流流過,就像是開路一般,因此稱為“虛斷”。
2)虛短:在負反饋電路下,為了保證輸出穩(wěn)定,Uo=(U+ - U-)*Auo,我們可以認為U+和U-無限接近,就像短路一樣,因此稱為“虛短”。
虛斷和虛短是分析所有運放電路最基本、最核心的理論假設(shè),大家一定要掌握。
03 負反饋
學(xué)過控制理論的同學(xué)都知道,一個開環(huán)系統(tǒng)是沒法穩(wěn)定工作的。就以運放為例,運放的開環(huán)增益基本都在100dB以上,輸入端稍微有點風(fēng)吹草動,輸出就爆了。因此運算放大器電路都會引入負反饋才能正常工作。如下圖所示運放電路,我們利用虛斷和虛短理論,可以很方便的計算輸入和輸出的關(guān)系。
根據(jù)虛短,Us=Ux;根據(jù)虛斷,Ux=Uo/(Rf+R2)*R2;因此,推導(dǎo)得到 Uo=Us*(1+Rf/R2),是不是很簡單?
04 特殊功能放大器
? 理論上可以使用標(biāo)準(zhǔn)運放實現(xiàn)任何運算、放大的功能,但是受限一些電路的復(fù)雜度、外圍器件的精度等原因,自己搭建的特殊功能運放電路性能并不出眾,因此器件廠家就會將這些常用的功能電路進一步集成,這就產(chǎn)生了功能放大器。 1)儀表放大器 其特點是極高的輸入阻抗和極高的共模抑制比,因此特別適合作為傳感器等高精度、小信號調(diào)理電路的前級放大。
2)差動放大器
和標(biāo)準(zhǔn)運放的區(qū)別,就是將外圍電阻集成到芯片中,激光校準(zhǔn)電阻保證了電路增益精度的同時,又使電路具有較高的共模抑制比,很適合作為ADC的前級驅(qū)動電路。
3)壓控增益放大器
可通過外部電壓Vg來連續(xù)控制放大器的增益,一般簡稱為VGA或VCA,有V/V線性和dB線性兩種,也有正控制和負控制兩種。一般在自動增益控制(AGC)系統(tǒng)中被普遍使用。
4)程控增益放大器
顧名思義,可以通過程序來控制放大器的增益,一般簡稱為PGA。主要用于被測信號幅度不定且變化較大的場景,需要根據(jù)ADC的采樣值去動態(tài)調(diào)整系統(tǒng)的放大倍數(shù),使ADC的采樣值在最佳范圍之內(nèi)。
特殊功能放大器還有很多,大家可以去TI、ADI等模擬IC的官網(wǎng)查看,根據(jù)自己的設(shè)計需求選用。如下截取TI官網(wǎng)放大器的分類。
以上就是本期分享的所有內(nèi)容啦,放大器很難,但也很有趣,小編在大學(xué)期間和放大器打交道比較多,工作之后就很少碰到放大器相關(guān)應(yīng)用了,但一直保留著對放大器的熱愛,也希望各位同學(xué)能在這里有所學(xué)習(xí)。歡迎大家持續(xù)關(guān)注
編輯:黃飛
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