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选择正确的放大器

2020-04-15 Ron Mancini 阅读:
运算放大器有多种用途:将非线性元件(例如二极管、晶体管和热敏电阻)置入反馈路径中,得到对数放大器等复杂功能。运算放大器对模拟电子产品的最大贡献在于其灵活性,它们可以通过加入适合的无源元件来执行任何模拟功能。

运算放大器可以执行任何放大器功能,是最基本的器件。运算放大器的名称源于模拟计算机占主导地位且反馈放大器执行数学功能的时代。反馈使放大器的性能取决于无源器件、电阻器和电容器,而不是有源器件。基本的运算放大器电路由四个阻抗组成(图1)。你可以使用电阻器进行增益计算,但是如果用电容替换Z1,该电路将成为微分器;如果用电容替换Z2,该电路就成为积分器。SkVednc

SkVednc

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图1:差分放大器的原理图很容易画,但是要用分立元件做出来几乎不可能。SkVednc

有趣的提示:在反馈路径中置入一个函数时,该运算放大器电路就可以完成反函数。例如,运算放大器反馈路径中的带通滤波器变为带阻滤波器。运算放大器有多种用途:你可以将非线性元件(例如二极管、晶体管和热敏电阻)置入反馈路径中,得到对数放大器等复杂功能。运算放大器对模拟电子产品的最大贡献在于其灵活性,它们可以通过添加适合的无源元件来执行任何模拟功能。SkVednc

如果运算放大器适合各种应用,为什么还需要其他放大器配置?看一看下面的差分放大器公式,请注意,当输入源等于零(V1 = V2 = 0)时,仍然有可能放大共模噪声。实现共模噪声抑制的最佳方法是使所有四个电阻相等。SkVednc

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使用分立电阻时,运算放大器的电阻不能很好地匹配。电阻器若其购买公差为1%,则在最坏情况下会产生34dB的CMRR(共模抑制比),而附加的2%漂移公差则会使CMRR限制为24dB。差分放大器使用微调和匹配之类的IC技术来匹配其电阻,并将CMRR增加到80dB以上。SkVednc

差分放大器通常具有等值电阻器,但这种情况会导致输入电阻不均衡。源V1经历的近似输入电阻为Z1,源V2的输入电阻为(Z3 + Z4)。源电阻与差分放大器输入电阻一起形成不平衡的分压器。因此,电阻器失配会产生差分放大器无法抑制的差分误差信号。通过在差分放大器的输入端添加缓冲器就可以避免这种情况,而缓冲器通常是采用两个运算放大器,并使用一个公共增益设置电阻器而构成。这种配置是“三运放”仪表放大器,它具有差分放大器的所有特性以及匹配的高电阻输入。SkVednc

使用双运放仪表放大器可以获得高输入电阻,与三运放仪表放大器相比,这种拓扑结构确实具有成本更低及静态电流更低的优点。双运放仪表放大器具有高输入阻抗,但通过同相输入的信号延迟是反相输入的两倍,因此,CMRR在高频下会急剧下降。SkVednc

在需要灵活性而又不要求精度的情况下,运算放大器便非常有用。当共模噪声抑制至关重要时,差分放大器最耀眼。当CMRR很重要但源电阻很高时,三运放仪表放大器便成为璀璨的明星。若三运放太过昂贵而CMRR要求不高时,双运放便成为合适的选择。SkVednc

(原文刊登于ASPENCORE旗下EDN英文网站,参考链接:Choosing the correct amplifier,由Jenny Liao编译。)SkVednc

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