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差動放大器和標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)放的區(qū)別

科技綠洲 ? 來源:工程師說硬件 ? 作者:工程師說硬件 ? 2023-06-19 15:22 ? 次閱讀

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(diǎn)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(jì)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(diǎn)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(yùn)算放大器相關(guān)的知識,希望給大家的設(shè)計(jì)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(yùn)放全稱是運(yùn)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(shí)現(xiàn)不同功能的運(yùn)算電路,因而得名。運(yùn)放有兩個輸入端、一個或兩個輸出端、正負(fù)電源供電端。

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02 理想運(yùn)放的特性

在做具體電路分析前,我們需要了解一下理想運(yùn)放的基本特性:

1)開環(huán)增益無窮大,隨便翻看一下運(yùn)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(jìn)運(yùn)放的輸入端;

3)輸出阻抗為0,實(shí)際運(yùn)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(yùn)放上述的特性后,我們就要引出運(yùn)放的“虛短”和“虛斷”概念了:

1)虛斷:因?yàn)檫\(yùn)放的輸入阻抗很大,我們可以認(rèn)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(fù)反饋電路下,為了保證輸出穩(wěn)定,Uo=(U+ - U-)*Auo,我們可以認(rèn)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(yùn)放電路最基本、最核心的理論假設(shè),大家一定要掌握。

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03 負(fù)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(yùn)放為例,運(yùn)放的開環(huán)增益基本都在100dB以上,輸入端稍微有點(diǎn)風(fēng)吹草動,輸出就爆了。因此運(yùn)算放大器電路都會引入負(fù)反饋才能正常工作。如下圖所示運(yùn)放電路,我們利用虛斷和虛短理論,可以很方便的計(jì)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?

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04 特殊功能放大器

理論上可以使用標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)放實(shí)現(xiàn)任何運(yùn)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(yùn)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(jìn)一步集成,這就產(chǎn)生了功能放大器。

1)儀表放大器

其特點(diǎn)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高精度、小信號調(diào)理電路的前級放大。

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2)差動放大器

和標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)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(shí),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。

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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(fù)控制兩種。一般在自動增益控制(AGC)系統(tǒng)中被普遍使用。

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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)。

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特殊功能放大器還有很多,大家可以去TI、ADI模擬IC的官網(wǎng)查看,根據(jù)自己的設(shè)計(jì)需求選用。如下截取TI官網(wǎng)放大器的分類。

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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

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點(diǎn)僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請聯(lián)系本站處理。 舉報(bào)投訴
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