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  • 差分運(yùn)放應(yīng)用,運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)放大電路介紹
    • 發(fā)布時(shí)間:2022-08-20 15:09:51
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    差分運(yùn)放應(yīng)用,運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)放大電路介紹
    運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)
    運(yùn)放輸入模型
    按照運(yùn)放模型,比較全面的梳理出運(yùn)放的基本模型:就是差模信號(hào)和共模信號(hào)的疊加。
    差分運(yùn)放 差分放大器
    虛短概念
    理想運(yùn)放要注意虛斷和虛短。運(yùn)放的同相端輸入和反相端輸入相等。
    差分運(yùn)放 差分放大器
    理想運(yùn)放開(kāi)環(huán)增益無(wú)窮大,實(shí)際略小,大部分在100dB(100000)倍左右,按這個(gè)增益,要讓輸出變化3V,同相反相輸入端只需30uV的壓差即可,如果加上紋波、噪聲等干擾信號(hào),同相反相端基本上無(wú)變化。引入反饋,做閉環(huán),同相反相端的電壓差忽略不計(jì)。
    差模輸入和共模輸入
    在應(yīng)用中,運(yùn)放可以輸入差模信號(hào),也可以輸入共模信號(hào),共模信號(hào)大部分來(lái)自噪聲,最核心的愿景是:共模被抵消,差模被放大。
    差分運(yùn)放 差分放大器
    輸入電壓范圍(Vin或Vcm)
    運(yùn)算放大器輸入范圍比較復(fù)雜,理論上來(lái)講,同相端和反相端模擬輸入在電源的正軌到負(fù)軌之間都能滿(mǎn)足,運(yùn)放的上下管大致對(duì)稱(chēng),大部分時(shí)間,取運(yùn)放的共模輸入電壓Vcm為1/2 Vdd。這樣,運(yùn)放主要工作在線性區(qū)。
    差分運(yùn)放 差分放大器
    小信號(hào)檢測(cè)方法
    運(yùn)算放大器用來(lái)做電流小信號(hào)采集時(shí),往往會(huì)面臨信號(hào)該如何采集、是采用高邊電流檢測(cè)還是采用低邊電流檢測(cè)的問(wèn)題。
    差分運(yùn)放 差分放大器
    差分放大器介紹
    由于傳感器信號(hào)主要是通過(guò)施加電壓差做為輸出,信號(hào)的差值電壓很小,而且會(huì)產(chǎn)生布局布線引起的EMI和共模干擾、溫度漂移等問(wèn)題。把運(yùn)放的同相端和反相端當(dāng)做車(chē)廂,只要傳感器信號(hào)給定在這中間,相對(duì)的干擾就會(huì)小很多。傳感器的信號(hào)存在壓差,避免運(yùn)放異常飽和,引入差分放大器。
    差分運(yùn)放 差分放大器
    基于成本考慮,行業(yè)之內(nèi),大部分設(shè)計(jì)還會(huì)采用普通運(yùn)放,基于減法器的模型,搭建一個(gè)差分放大器。
    差分運(yùn)放 差分放大器
    差分放大器的原理就像照鏡子,物理學(xué)上的說(shuō)法稱(chēng)作鏡像,講究對(duì)稱(chēng)和平衡,只有做到兩邊一模一樣,效果才會(huì)最佳。為了這個(gè)目的,工程師就需要在模擬前端做阻抗匹配。而由于各點(diǎn)參考源不同,阻抗又有誤差,完全阻抗匹配往往非常困難。
    下圖是一個(gè)經(jīng)典的差分運(yùn)放,通過(guò)輸出靜默電壓Uoz,用KCL去求解同相輸入和反相輸入阻抗,結(jié)果差異很大。
    差分運(yùn)放 差分放大器
    介紹一下確定上圖中各電阻的值的方法:
    首先,按照鏡像原理,偏置電流也按照相同的倍數(shù)放大,即可求出4個(gè)電阻之間的關(guān)系;確定R1則需要查運(yùn)放的幾個(gè)限制條件,阻值需滿(mǎn)足:大于瞬時(shí)輸出電壓/最大輸出電流、小于輸入失調(diào)電壓/輸入偏置電流,還要注意熱噪聲影響等等。
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