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ADI把放大器分为精密和高速两大类
一般来讲,带宽小于 50MHz 的
,能够具有某些特殊指标优异性的运放,都属于精密运放
OP07
极小的失调电压
,30μV 典型值,75μV 最大值,且只有 0.3μV/℃的温漂,0.3μV/month 的时漂,稳定性非常优秀很高的工作电压范围
,一般可达 36V,极限可达 44V带宽较低
,只有 600kHz 左右低失调电压运放
一般指失调电压小于15μV,ADI运放数据表:
图片来源于《你好,放大器》
低噪声运放
ADI运放数据表,看起来IB都比较大:
图片来源于《你好,放大器》
低供电电压运放
以最小供电电压排序,ADI运放数据表:
图片来源于《你好,放大器》
低偏置电流运放
在微弱电流检测中,低偏置电流很重要,ADI运放数据表:
图片来源于《你好,放大器》
低功耗运放
一般来说,低功耗运放的频带都较窄,ADI运放数据表:
图片来源于《你好,放大器》
低价格运放
ADI运放数据表:
图片来源于《你好,放大器》
以带宽排序,ADI高速运放如下:
图片来源于《你好,放大器》
电流反馈型运算放大器(Current Feedback Amplifier-CFA)
,仍是运放的一种,只是其内部结构完全不同于电压反馈型(VFA,也就是传统的),导致其外部特性有所不同
电流反馈型运算放大器内部结构如图所示,正输入端是高阻输入的,等效于一个 1 倍增益的跟随器,跟随器输出和负输入端之间有一个小阻抗 ZB(一般为几十欧姆)
。使得 CFA 的入端压差演变成入端电流 i,CFA 以此电流作为控制源,镜像出以 GND 为基准的另一个电流 i。此电流在内部流经一个很大的阻抗 Z,又一次形成了电压 iZ,带一个很小的输出阻抗 ZO到输出端。CFA 与 VFA 最大的区别在于负输入端,CFA 的负输入端是低阻的
图片来源于《你好,放大器》
电流反馈型运算放大器组成的同相放大器,如图所示:
图片来源于《你好,放大器》
设负端对地电位为uA,假设输出阻抗Zo = 0,下式成立:
uo = iZ,得:
电流反馈放大器的主要放大能力来自于非常大的 Z,使得后一项分母近似为 1,则:
类似的分析可以得出,对反相输入放大器来说,其电压增益为:
CFA 内部影响频率特性的主要因素是 Z,极大的 Z 必然存在并联的杂散电容 C,因此:
推导步骤省略,电流反馈放大器的传函为:
电压反馈型运算放大器组成的同相放大器 ,如图所示:
图片来源于《你好,放大器》
电压反馈型运算放大器的传函为:
图片来源于《你好,放大器》
**电流反馈运放与电压反馈运放的主要应用区别为: **
更高的压摆率
,可以达到 5000V/μs 以上,在大幅度输出,提高满功率带宽上有明显的优势不随之成比例下降
。因此,电流反馈运放更适合于实现单级较高增益的放大电路
具有较低的噪声、较高的失调电压和偏置电流
必须用电阻串联到反馈回路中
。另外,电流反馈放大电路的反馈电阻需要缜密选择,不同增益下应具有不同的反馈电阻,多数的器件 Datasheet 中对此都有说明高速、需要较高压摆率、单级电压增益较大
的场合按照压摆率排序,如下:
图片来源于《你好,放大器》
全差分运算放大器,三个输入端两个输出端的运算放大器
,与标准运放一样,也需要外部电阻配合形成负反馈才能实现放大功能
全差分运放具有两个输入端 VP和 VN,两个输出端 VOUT+和 VOUT-,一个控制输出共模的输入端 VOCM,以及两个电源端。全差分运放具有特殊的内部结构,正常工作情况下具有如下特性:
始终等于VOCM
两个输出端的差值上
始终为 0
,即虚断优点:
抵抗外部共模干扰
2 倍的信号动态范围
减少失真
单端输入转差分输出
如果ADC是差分输入型的,而原始信号是单端输出的,则多数情况下需要如下“单端转差分电路”:
图片来源于《你好,放大器》
分析上图电路,定义两个比值:
根据虚短,引入一个未知量:
根据全差分运放性质,约束两个输出:
根据虚断,流过两个电阻上的电流相等:
列出三个独立方程,解出:
为了让电路更加对称,一般:
结果变得简单:
含阻抗匹配的单端输入转差分输出
高频放大电路中,特别讲究阻抗匹配
。阻抗匹配中要求信号路径上不发生电阻突变,也不存在电阻不等,而传输线等效阻抗一般为 50Ω 或者 75Ω,夹在前级输出和后级输入之间。所以,多数情况下,信号源或者前级放大电路的输出阻抗一般选为 50Ω,以便与传输线等电阻,而后级放大电路的输入阻抗也必须是 50Ω,以与传输线匹配
高频时单端输入转差分输出,左图为实际电路,右图为等效电路:
图片来源于《你好,放大器》
上图的左图,已知输入为单端信号ui,具有50Ω输出阻抗,要求将其变为差分输出信号,增益为G倍,即uout+ - uout- = Gui,且输出对称,满足入端阻抗匹配。Rx、Ry、Ra、Rb为待求电阻
为满足入端阻抗匹配,uy处信号大小应为0.5ui。图中左电路化简为右电路,设临时系数k
解得:
根据输入阻抗定义,可得uy点信号为0.5ui
R3 = 50k代入上式:
设Ra = x,整理得:
由此解得:
全差分运放的其他电路形式
全差分运放更多用于 ADC 驱动电路、单端差分转换
等。全差分信号放大(差分进,差分出),如图所示,全差分放大器可以多级级联,始终保持差分信号传递。在低频信号链中,无需考虑信号端接中的线缆阻抗匹配,设计相对简单。各级输出阻抗均为 0,可以直接耦合
图片来源于《你好,放大器》
高频全差分信号传递中,一旦信号线过长或者使用传输线缆,则一定需要考虑阻抗匹配以保持尽量小的反射
,电路图如下:
图片来源于《你好,放大器》
全差分仪表放大器与传统仪表放大器的唯一区别是,前者的输出是差分的,而后者是单端输出
。如图所示,增益计算非常简单,两个部分相乘。前部为标准运放部分的,后部为全差分放大器的
图片来源于《你好,放大器》
ADI的全差分放大器:
图片来源于《你好,放大器》
其中,标 C 是指标准结构,电流反馈型。标 V 是指标准结构,电压反馈型。固定多少倍,是指 ADI 生产的产品内部嵌了电阻,只能实现指定的倍数,而内 6 电阻是每个放大器都嵌了 6 个电阻,可以实现 3 种放大倍数
致谢杨建国老师著作《你好,放大器》
希望本文对大家有帮助,上文若有不妥之处,欢迎指正
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