集成运算放大器的作用有哪些?

2013-11-09 14:30:10来源: 互联网

集成运算放大器的作用有哪些?

运算放大器(常简称为“运放”)是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中,通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。由于早期应用于模拟计算机中,用以实现数学运算,故得名“运算放大器”,此名称一直延续至今。运放是一个从功能的角度命名的电路单元,可以由分立的器件实现,也可以实现在半导体芯片当中。随着半导体技术的发展,如今绝大部分的运放是以单片的形式存在。现今运放的种类繁多,广泛应用于几乎所有的行业当中。  按照集成运算放大器的参数来分,集成运算放大器可分为如下几类。  1.通用型运算放大器  2.高阻型运算放大器  3.低温漂型运算放大器  4.高速型运算放大器  5.低功耗型运算放大器  6.高压大功率型运算放大器  运算放大器是用途广泛的器件,接入适当的反馈网络,可用作精密的交流和直流放大器、有源滤波器、振荡器及电压比较器

在集成电路的输入与输出接入不同的反馈网络,可实现不同用途的电路,例如利用集成运算放大器可非常方便的完成信号放大、信号运算(加、减、乘、除、对数、反对数、平方、开方等)、信号的处理(滤波、调制)以及波形的产生和变换。集成运算放大器的种类非常多,可适用于不同的场合.

运算放大器在电路中发挥重要的作用,其应用已经延伸到汽车电子、通信、消费等各个领域,并将在支持未来技术方面扮演重要角色。在运算放大器的实际应用中,设计工程师经常遇到诸如选型、供电电路设计、偏置电路设计、PCB设计等方面的问题。在电子工程专辑网站举行的《运算放大器应用设计》专题讨论中,圣邦微电子有限公司总裁张世龙先生应邀回答与工程师进行互动。我们也基于此专题讨论,总结出了运算放大器应用设计的几个技巧,以飨读者。

一、如何实现微弱信号放大

传感器 运算放大器 ADC 处理器是运算放大器的典型应用电路,在这种应用中,一个典型的问题是传感器提供的电流非常低,在这种情况下,如何完成信号放大?张世龙指出,对于微弱信号的放大,只用单个放大器难以达到好的效果,必须使用一些较特别的方法和传感器激励手段,而使用同步检测电路结构可以得到非常好的测啃Ч U庵滞 郊觳獾缏防嗨朴谒 喾糯笃鹘峁梗 ù 衅鞯姆讲 だ 缌髯 缪狗糯笃鳎 屯 浇獾魅 糠帧K 硎荆 枰 ⒁獾氖堑缌髯 缪狗糯笃餍柩∮檬淙肫 玫缌骷 偷脑朔拧A硗馔 浇獾餍柩∮盟 返腟PDT模拟开关。

另有工程师朋友建议,在运放、电容、电阻的选择和布板时,要特别注意选择高阻抗、低噪声运算和低噪声电阻。有网友对这类问题的解决也进行了补充,如网友“1sword”建议:

1)电路设计时注意平衡的处理,尽量平衡,对于抑制干扰有效,这些在美国国家半导体、BB(已被TI收购)、ADI等公司关于运放的设计手册中均可以查到。

2)推荐加金属屏蔽罩,将微弱信号部分罩起来(开个小模具),金属体接电路地,可以大大改善电路抗干扰能力。

3)对于传感器输出的nA级,选择输入电流pA级的运放即可。如果对速度没有多大的要求,运放也不贵。仪表放大器当然最好了,就是成本高些。

4)若选用非仪表运放,反馈电阻就不要太大了,M欧级好一些。否则对电阻要求比较高。后级再进行2级放大,中间加入简单的高通电路,抑制50Hz干扰。

二、运算放大器的偏置设置

在双电源运放在接成单电源电路时,工程师朋友在偏置电压的设置方面会遇到一些两难选择,比如作为偏置的直流电压是用电阻分压好还是接参考电压源好?有的网友建议用参考电压源,理由是精度高,此外还能提供较低的交流旁路,有的网友建议用电阻,理由是成本低而且方便,对此,张世龙没有特别指出用何种方式,只是强调双电源运放改成单电源电路时,如果采用基准电压的话,效果最好。这种基准电压使系统设计得到最小的噪声和最高的PSRR。但若采用电阻分压方式,必须考虑电源纹波对系统的影响,这种用法噪声比较高,PSRR比较低。

三、 如何解决运算放大器的零漂问题?

有网友指出,一般压电加速度传感器会接一级电荷放大器来实现电荷——电压转换,可是在传感器动态工作时,电荷放大器的输出电压会有不归零的现象发生,如何解决这个问题?

对此,网友“Frank”分析道,有几种可能性会导致零漂:1)反馈电容ESR特性不好,随电荷量的变化而变化;2)反馈电容两端未并上电阻,为了放大器的工作稳定,减少零漂,在反馈电容两端并上电阻,形成直流负反馈可以稳定放大器的直流工作点;3)可能挑选的运算放大器的输入阻抗不够高,造成电荷泄露,导致零漂。

网友“camel”和“windman”还从数学分析的角度对造成零漂的原因进行了详细分析,认为除了使干扰源漂移小以外还必须使传感器、缆线电阻要大,运放的开环输入阻抗要高、运放的反馈电阻要小,即反馈电阻的作用是为了防止漂移,稳定直流工作点。但是反馈电阻太小的话,也会影响到放大器的频率下限。所以必须综合考虑!

而嘉宾张世龙则建议,对于电荷放大器输出电压不归零的现象,一般采用如下办法来解决:

1)采用开关电容电路的技巧,使用CDS采样方式可以有效消除offset电压;2)采用同步检测电路结构,可以有效消除offset电压。

关键字:集成  运算放大器

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/1109/article_20482.html
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