模拟电路之运算放大器

模拟电路之负反馈运放电路

基本概念就不赘述了，可以看书了解。分析运放电路的要点是理解和分析负反馈。

负反馈Auf = M * Auo/(1+ F * Auo)Auf：闭环增益。Auo：开环增益。F：反馈系数。假设输入为0时，加在ui- 和 ui+ 上的差模信号。F * Auo：环路增益。M：衰减系数。假设输出为0时，加在ui+ 和 ui- 上的差模信号。当环路增益远大于1时，此时为深度负反馈状态。Auf = M/F。负反馈对放大电路的影响：

提高增益的稳定性。大幅提高上限截止频率。大幅降低下限截止频率。对输入电阻的影响。对于两输入一输出的运放电路，输入信号和反馈信号加载到同一个输入端，此为并联负反馈，否则为串联负反馈。串联负反馈增大输入阻抗，并联负反馈则减小输入阻抗。输出电阻的计算。降低失真度。

自激产生的条件

开环相位角 + 反馈相位角 = -180度。Auo * F > 1。

避免自激的方法

选择合适的增益。尽量选择小的增益电阻。减少杂散电容。比如避免敷铜，环路中不要使用电位器，尽量不要驱动大电容负载。

分析方法

方框图法。虚短虚断法。大运放法。环路方程法。

虚短虚断法是在确保电路处于深度负反馈的基础上，利用运放两个输入端存在虚短虚断特点，快速分析负反馈放大电路的方法。用法简单，但是没有考虑运放的非理想特性，使用时要注意前提。

常用的电路

T型反馈比例器。差动放大器的使用。精密增益电路、电平移位电路、电流检测和电压流转换等。常用的型号如AD8275、AD8276等。仪表放大器的使用。压流变换器。小电流场合可以用howland压流变换器，大电流场合用三极管扩流。电流检测电路。

运放的关键参数

输入失调电压。直流放大电路对这个指标要特别注意。输入偏置电流。输入失调电流。等效输入失调电压。Uos_out = (Rg+Rf) * (Vos_max+2 * Ios_max * Rmatch) /Rg 输入电压范围。输出电压范围。共模抑制比。开环电压增益。压摆率。SR > 2 * pi * fH * Vmax 。增益带宽乘积。-3dB 带宽。满功率带宽。至稳时间。相位裕度和增益裕度。电源电压抑制比。热阻。

模拟电路之运放的噪声分析

噪声来源

运放自身的电压噪声。电阻噪声。电流噪声产生的电压噪声。电源噪声。空间电磁噪声。地线环路噪声。

运放噪声的计算运放的白噪声电压 Un = K * sqrt(fb - fa)。运放的1/f 噪声电压 Un = C * sqrt(Hz) * sqrt(ln(fb/fa))电阻的热噪声

根据手册确定关键参数，比如单位增益带宽、C、K。根据闭环增益确定上限截止频率 fHL。确定fb = 1.57 * fHL。确定等效输入噪声电压Un_i = sqrt(白噪声的平方 + 1/f噪声的平方 + 电阻热噪声的平方 + 其它)。确定输出噪声Un_o = G * Un_i，G为闭环增益。

运放噪声的测量用示波器测量，有效值和峰峰值之间满足：Un_pp = 6.6 Un_rms。

模拟电路之滤波器

无源滤波器和有源滤波器

无源滤波器的优点：

受大电压大电流的限制较少。超高频段有天生的优势。一把比较比较便宜。

有源滤波器的优点：

可以实现较为复杂的滤波器。可以轻松实现多级滤波器的级联。对超低频率有天生优势。计算更简单。

有源滤波器的实现方法

用运放组成的有源滤波器。状态变量型集成有源滤波器。开关电容滤波器。

滤波器的频率分析

一般采用S域求解传递函数，然后用 S = jw 代入，得到增益随频率变化的规律。

典型电路

一阶同相低通和高通滤波器。一阶反相低通和高通滤波器。一阶全通滤波器。二阶SK型滤波器。二阶MFB滤波器。双运放窄带通。文氏电路。状态可变型滤波器。（TI的UAF42）Biquad滤波器。Flesisher-Tow滤波器。椭圆滤波器。

注意事项

SK型低通滤波器的高频馈通现象。带宽选择，GBW > 100 * Am * fc * Qmax。

仪表放大器的使用注意事项

输入端不能承受高共模电压。读懂钻石图。必须有合适的输入端直流通路。有REF的一定要提供低阻参考源。

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