运算放大器选型指南
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运放选型参数摘要:一、运放简介二、运放选型参数1.增益带宽积2.输入偏置电流3.输入偏置电压4.共模抑制比5.输出电流和电压6.电源电压范围7.功耗三、运放选型实例1.确定应用场景2.根据参数进行选型3.实际应用案例四、总结正文:运放,全称为运算放大器,是一种模拟电子器件,广泛应用于各种电子设备和系统中。
作为核心组件,运放的选择至关重要,其中运放选型参数是重要的参考依据。
本文将详细介绍运放选型参数,并以实际案例进行说明。
首先,我们来了解一下运放的增益带宽积。
增益带宽积是运放的一个重要参数,表示运放能够处理信号的最大增益和带宽。
在选择运放时,应根据所需信号的增益和带宽来选取合适的增益带宽积。
输入偏置电流和输入偏置电压是衡量运放输入性能的重要参数。
输入偏置电流是指输入端电流的差值,输入偏置电压是指输入端电压的差值。
这两个参数对运放的输入阻抗和共模抑制比产生影响,需要根据实际应用场景进行选择。
共模抑制比是运放抑制共模信号的能力,它影响了运放在实际应用中的抗干扰性能。
在选择运放时,应根据共模抑制比来选取能够满足抗干扰要求的运放。
输出电流和电压是运放输出性能的重要参数。
输出电流表示运放能够驱动负载的最大电流,输出电压表示运放能够输出的最大电压。
在选择运放时,应根据实际应用中负载的电流和电压需求来选取合适的输出电流和电压。
电源电压范围和功耗是运放的两个重要电气参数。
电源电压范围表示运放能够正常工作的电源电压范围,功耗表示运放在工作过程中的能量消耗。
在选择运放时,应根据实际应用场景的电源电压和功耗要求来选取合适的运放。
下面通过一个实际应用案例来说明如何进行运放选型。
某智能家居系统需要一个用于信号放大的运放,信号增益需求为100倍,信号带宽为10kHz。
根据这些参数,我们可以选择一个增益带宽积大于100kHz的运放。
接下来,我们需要考虑运放的输入性能,输入偏置电流和输入偏置电压应满足系统对输入阻抗和共模抑制比的要求。
运算放大器参数说明及选型指南一、运放的参数说明:1.增益:运算放大器的增益是指输出信号与输入信号之间的比值,通常用V/V表示。
增益可以是固定的,也可以是可调的。
增益决定了输出信号相对于输入信号的放大程度。
2.带宽:运算放大器的带宽是指在其增益达到-3dB时的频率范围。
带宽决定了运放的工作频率范围,对于高频应用,需要选择具有宽带宽的运放。
3.输入偏置电压:输入偏置电压是指在无输入信号时,运放输入端的直流偏置电压。
输入偏置电压可能会引入偏置误差,对于精密测量电路,需要选择输入偏置电压尽可能小的运放。
4.输入偏置电流:输入偏置电流是指在无输入信号时,运放输入端的直流偏置电流。
输入偏置电流可能会引起输入端的电平漂移,对于高精度应用,需要选择输入偏置电流尽可能小的运放。
5.输入偏置电流温漂:输入偏置电流温漂是指输入偏置电流随温度变化的比例。
输入偏置电流温漂可能会导致运放的工作点发生变化,对于温度变化较大的应用,需要选择输入偏置电流温漂较小的运放。
6.输入噪声:输入噪声是指在无输入信号时,运放输入端产生的噪声。
输入噪声可能会影响信号的纯净度,对于低噪声应用,需要选择输入噪声较低的运放。
7.输出电流:输出电流是指运放输出端提供的最大电流。
输出电流决定了运放的输出能力,在驱动负载电流较大的应用中,需要选择输出电流较大的运放。
8.输出电压:输出电压是指运放输出端能够提供的最大电压。
输出电压决定了运放的输出范围,在需要大幅度信号放大的应用中,需要选择输出电压较大的运放。
二、选型指南:1.确定应用需求:根据实际应用需求确定所需的放大倍数、带宽、输入/输出电压等参数。
例如,对于音频放大器,需要考虑音频频率范围、输出功率等因素。
2.选择性能指标:根据应用需求选择合适的性能指标。
不同应用对各个参数的要求可能会有所差异,需根据实际情况进行权衡与选择。
3.查询产品手册:查询供应商的产品手册或网站,获取相关产品的详细参数信息。
产品手册通常会提供各项参数的典型值和极限值,可以用于评估是否满足需求。
如何选用运算放大器——用电压型还是用电流型运算放大器按其输入阻抗、输出阻抗的高低分为四种基本类型(见图1)。
应用最广泛的是电压型(“VV”型)运放。
这类运放有高输入阻抗(反相输入端)和低输出阻抗(注意,所有各类运算放大器的同相输入端均有高输入阻抗)。
但是,在很多电路中,还用到了另外几种类型的运算放大器,即图1中所示的"CC”型(电流型)、“VC”型(电压至电流型。
即跨导型)及“CV”型(电流至电压型,或跨阻型)。
这三种类型的运放均具有相当宽的频带。
现通过一些简单的电路来说明上述各类运放的工作特性。
一、运放的构成首先,我们来看一下怎样用基本模块来构成上述四种类型的运算放大器。
为了便于比较。
每种类型都用同样的元件。
在这里,我们决定用一种所谓推挽AB类运作技术,这种技术又称为“电流按要求”(“current on demond”)运作。
具体如图2所示,图中只用了两种基本电路:一个电压跟随器和一个电流镜。
这两种电路的内部结构示于图3。
两个互补的电压跟随器构成了运放输入端所必需的差动放大器。
电压跟随器的输出信号,以从电源吸收电流的形式,进入电流镜。
推挽AB类运作较常规差动放大器优越,其静态电流小,但即便如此,仍可获得很大的峰值电流。
因此,无摆率(slew rate)限制。
两个电流镜的输出端是电路的高阻抗点。
如有需要,可以从这一点接一电容(即“补偿电容”)到地。
此运算放大器的最后部分是一个电压跟随器,以提供低阻抗输出。
二、电压型运放(VV)电压型运算放大器的特征是高阻抗输入和低阻抗输出。
其运作模式为压控电压源。
理想的VV型放大器增益为A D=Vo/V D=∞(无限大)。
而实际的运放有不同的增益,其范围为103至l06。
图4所示为一个理想的VV型放大器的模型。
由图中可以看出,其差动增益是由输入端阻抗变换器的跨导电阻(transductance resistance)R=1/S和高阻抗点的电阻共同确定的。
运放分类及选型对于较大音频、视频等交流信号,选SR (转换速率)大的运放比较合适。
对于处理微弱的直流信号的电路,选用精度比较高的运放比较合适(即失调电流,失调电压及温漂均比较小)运算放大器大体上可以分为如下几类:1、 通用型运放2、 高阻型运放3、 低温漂型运放4、 高速型运放5、 低功耗型运放6、 高压大功率型运放1、 通用型运放其性能指标能适合于一般性(低频以及信号变化缓慢)使用,例如741A μ,LM358(双运放),LM324及场效应管为输入级的LF356。
2、 高阻型运放这类运放的特点是差模输入阻抗非常高,输入偏置电流非常小。
实现这些指标的主要措施是利用场效应管的高输入阻抗的特点,但这类运放的输入失调电压较大。
这类运放有LF356、LF355、LF347、CA3130、CA3140等3、 低温漂型运放在精密仪器、弱信号检测等自动控制仪表中,希望运放的失调电压要小,且不随温度的变化而变化。
底温漂型运放就是为此设计的。
目前常用的低温漂型运放有OP07、OP27、OP37、AD508及MOSFET 组成的斩波稳零型低温漂移器件ICL7650等。
4、 高速型运放在快速A/D 及D/A 以及在视频放大器中,要求运放的转换速率SR 一定要高,单位增益带宽BWG 一定要足够大。
高速型运放的主要特点是具有高的转换速率和宽的频率响应。
常见的运放有LM318、175A μ等。
其SR=50~70V/ms5、 低功耗型运放由于便携式仪器应用范围的扩大,必须使用低电源电压供电、低功耗的运放。
常用的低功耗运放有TL-022C,TL —160C 等。
6、 高压大功率型运放运放的输出电压主要受供电电源的限制。
在普通运放中,输出的电压最大值一般仅有几十伏,输出电流仅几十毫安,若要提高多输出电压或输出电流,运放外部必须要加辅助电路。
高压大功率运放外部不需要附加任何电路,即可输出高电压和大电流。
D41运放的电源电压可达V 150±,791A μ运放的输出电流可达1A 。
运放分类及选型对于较大音频、视频等交流信号,选SR (转换速率)大的运放比较合适。
对于处理微弱的直流信号的电路,选用精度比较高的运放比较合适(即失调电流,失调电压及温漂均比较小)运算放大器大体上可以分为如下几类:1、通用型运放2、高阻型运放3、低温漂型运放4、高速型运放5、低功耗型运放6、高压大功率型运放1、通用型运放其性能指标能适合于一般性(低频以及信号变化缓慢)使用,例如3741,LM358 (双运放),LM324及场效应管为输入级的LF356.2、高阻型运放这类运放的特点是差模输入阻抗非常高,输入偏置电流非常小。
实现这些指标的主要措施是利用场效应管的高输入阻抗的特点,但这类运放的输入失调电压较大。
这类运放有LF356、LF355、LF347、CA3130、CA3140 等3、低温漂型运放在精密仪器、弱信号检测等自动控制仪表中,希望运放的失调电压要小,且不随温度的变化而变化。
低温漂型运放就是为此设计的。
目前常用的低温漂型运放有OP07、OP27、OP37、AD508及MOSFET 组成的斩波稳零型低温漂移器件ICL7650等。
4、高速型运放在快速A/D及D/A以及在视频放大器中,要求运放的转换速率SR 一定要高,单位增益带宽BWG —定要足够大。
高速型运放的主要特点是具有高的转换速率和宽的频率响应。
常见的运放有LM318、从175等。
其SR=50~70V/ms5、低功耗型运放由于便携式仪器应用范围的扩大,必须使用低电源电压供电、低功耗的运放。
常用的低功耗运放有TL-022C, TL-160C等。
6、高压摆大功率型运放运放的输出电压主要受供电电源的限制。
在普通运放中,输出的电压最大值一般仅有几十伏,输出电流仅几十毫安,若要提高多输出电压或输出电流,运放外部必须要加辅助电路。
高压大功率运放外部不需要附加任何电路,即可输出高电压和大电流。
D41运放的电源电压可达-150V,J A791运放的输出电流可达1A。
运算放大器的参数选择运算放大器的参数指标1. 开环电压增益Avd开环电压增益(差模增益)为运算放大器处于开环状态下,对小于200Hz 的交流输入信号的放大倍数,即输出电压与输入差模电压之比。
它一般为104~106,因此它在电路分析时可以认为无穷大。
2. 闭环增益A F闭环增益是运算放大器闭环应用时的电压放大倍数,其大小与放大电路的形式有关,与放大器本身的参数几乎无关,只取决于输入电组和反馈电阻值的大小。
反相比例放大器,其增益为A F =-RI RF3. 共模增益Avc 和共模抑制比当两个输入端同时加上频率小于200Hz 的电压信号Vic 时,在理想情况下,其输出电压应为零。
但由于实际上内部电路失配而输出电压不为零。
此时输出电压和输入电压之比成为共模增益Avc 。
共模抑制比Kcmr=Avd 运算放大器的差模增益,通常以对数关系表示:Kcmr=20log AvcAvd 共模增益运算放大器的差模增益共模抑制比一般在80~120Db 范围内,它是衡量放大器对共模信号抑制能力高低的重要指标。
这不仅是因为许多应用电路中要求抑制输入信号中夹带的共模干扰,而且因为信号从同相端输入时,其两个输入端将出现较大的共模信号而产生较大的运算误差。
4. 输入失调电压在常温(25℃)下当输入电压为零时,其输出电压不为零。
此时将其折算到输入端的电压称为输入失调电压。
它一般为±(0.2~15)mV 。
这就是说,要使放大器输出电压为零,就必须在输入端加上能抵消Vio 的差值输入电压。
5. 输入偏置电流在常温(25℃)下输入信号为零(两个输入端均接地)时,两个输入端的基极偏置电流的平均值称为输入偏置电流,即I IB =21( I IB -+ I IB+) 它一般在10nA~1uA 的范围内,随温度的升高而下降,是反映放大器动态输入电阻大小的重要参数。
6. 输入失调电流I IO输入失调电流可表示为I IO =︱I IB --I IB+∣在双极晶体管输入级运算放大器中,I IO 约为(0.2~0.1)I IB -或(0.2~0.1)I IB+。
运算放大器选型指南运算放大器(Operational Amplifier,简称Op Amp)是一种重要的电子元件,广泛应用于各种电子设备和电路中。
它具有输入阻抗高、增益稳定、输出能力强等特点,可放大输入信号并输出放大后的信号,被用于放大、滤波、比较、积分、微分等多种信号处理应用。
在进行运算放大器选型时,需要考虑以下几个因素:1.功能要求:首先要明确需要运算放大器实现的功能。
不同的应用场景需要不同的功能要求,比如需要放大直流或交流信号,需要实现滤波、比较、积分、微分等功能。
2.参数指标:选择合适的运算放大器要考虑其参数指标,如增益带宽积、输入与输出电压范围、电源电压范围、偏置电压、输入偏置电流、输出阻抗等。
这些参数指标对于实现具体的应用要求至关重要。
3.精度要求:根据应用需求考虑运算放大器的精度要求,如增益的稳定性、输入和输出的精度、温度漂移、噪声等。
一般来说,要求精度越高的应用,选择的运算放大器性能要求也相对较高。
4.效率和成本:运算放大器的效率和成本也是选型中的考虑因素。
效率指的是运算放大器的功耗和能耗,可以根据实际需求选择功耗较低的型号。
成本包括器件本身的价格和其他外部元件的成本,需要综合考虑投资和应用需求。
5.兼容性和可靠性:考虑运算放大器的兼容性和可靠性,特别是在多个放大器组成的电子系统中,要保证各个放大器之间的配合和运行稳定性。
在具体选型时,可以参考厂商提供的数据手册和技术规格表,查找满足应用需求的运算放大器型号。
此外,也可以借鉴其他工程师的经验和评价,了解不同型号的优缺点,从而做出更好的选择。
总结起来,在运算放大器选型时要考虑功能要求、参数指标、精度要求、效率和成本、兼容性和可靠性等因素,根据实际需求选择合适的型号。
最后,进行实际应用前,还需通过实验和测试验证选型的正确性和可靠性。
运算放大器工作原理及选择1.模拟运放的分类及特点模拟运算放大器从诞生至今,已有40多年的历史了。
最早的工艺是采用硅NPN工艺,后来改进为硅NPN-PNP工艺(后面称为标准硅工艺)。
在结型场效应管(JFET)技术成熟后,又进一步的加入了结型场效应管工艺。
当MOS场效应管(MOSFET)技术成熟后,特别是CMOS技术成熟后,模拟运算放大器有了质的飞跃,一方面解决了低功耗的问题,另一方面通过混合模拟与数字电路技术,解决了直流小信号直接处理的难题。
经过多年的发展,模拟运算放大器技术已经很成熟,性能曰臻完善,品种极多。
这使得初学者选用时不知如何是好。
为了便于初学者选用,本文对集成模拟运算放大器采用工艺分类法和功能/性能分类分类法等两种分类方法,便于读者理解,可能与通常的分类方法有所不同。
1.1.根据制造工艺分类根据制造工艺,目前在使用中的集成模拟运算放大器可以分为标准硅工艺运算放大器、在标准硅工艺中加入了结型场效应管(JFET)工艺的运算放大器、在标准硅工艺中加入了MOS场效应管(MOSFET)工艺的运算放大器。
按照工艺分类,是为了便于初学者了解加工工艺对集成模拟运算放大器性能的影响,快速掌握运放的特点。
标准硅工艺的集成模拟运算放大器的特点是开环输入阻抗低、输入噪声低、增益稍低、成本低,精度不太高,功耗较高。
这是由于标准硅工艺的集成模拟运算放大器内部全部采用NPN-PNP管,它们是电流型器件,输入阻抗低、输入噪声低、增益低、功耗高,即使输入级采用多种技术改进,仍然无法摆脱输入阻抗低的问题,典型开环输入阻抗在1M欧姆数量级。
为了顾及频率特性,中间增益级不能过多,使得总增益偏小,一般在80~110dB之间。
标准硅工艺可以结合激光修正技术,使集成模拟运算放大器的精度大大提高,温度漂移指标目前可以达到0.15ppm。
通过变更标准硅工艺,可以设计出通用运放和高速运放。
典型代表是LM324。
在标准硅工艺中加入了结型场效应管工艺的运算放大器主要是将标准硅工艺的集成模拟运算放大器的输入级改进为结型场效应管(JFET),大大提高运放的开环输入阻抗,顺带提高通用运放的转换速度,其它与标准硅工艺的集成模拟运算放大器类似。