模拟电路设计与应用

放大电路的重要设计参数有电 压放大倍数（也叫电压增益），输 入电阻，输出电阻，输出电流，频 率响应带宽和功率输出能力等。由 于放大电路是模拟电路，电路对各 种电磁噪声十分敏感，所以，放大 电路的设计和调试中必须注意使用 不同的噪声抑制技术，特别是印刷 电路板的设计，要十分小心。具体 要求在后面介绍。
一模拟电路的分类1信号放大电路2信号产生电路振荡电路3波形变换电路4滤波电路5运算电路6调频鉴频调幅与检波等二放大电路放大电路是电子系统中最常用的电路放大电路种类繁多特性各异电路设计的侧重点有很大的不同
一、模拟电路的分类 1、信号放大电路 2、信号产生电路（振荡电路） 3、波形变换电路 4、滤波电路 5、运算电路 6、调频、鉴频、调幅与检波等
• 典型应用
• 图2-4是AD524在称重系统中使用 的放大电路 接法。输入信号是典型的 桥式传感器信号，输入信号采用屏蔽 方式，提高共摸抑制比，放大倍数为 100。输出可直接与14位A/D转换器相 连。这种应用最好通过RP进行失调电 压的调整。传感器的供桥电压应采用 高精度的基准电源。
• 图2-5为峰值检测的实际电路，有三个 运放组成的检测电路，第一级的放大 倍数（基本增益）1+2R1/R2= 8，第 二级放大倍数R4/R2 = 50，总增益为 400。LF398为采样保持电路，A4为比 较器，保正测量的值为峰值， MC14433为数摸转换电路，CD4511 为4—7译码器，MC1413为显示驱动 电路。
（2）OPA27/37精密运算放大器 ） 精密运算放大器 • OPA27/37是一种超低噪声、高精度单片 运算放大器，是精密OP27/37的改进型产品。 芯片内部经激光修正，电压偏置保持长时 间稳定，具有极好的电源噪声抑制，共摸 抑制和低失调、低噪声特性。 • OPA27/37可广泛地应用于专业级音响设备、 精密仪表放大器、传感器放大器、数据采 集、测试设备和高性能仪表等领域。 • OPA27/37外型采用金属圆壳、双列直插和 微型表面贴封装结构，其引脚排列见图
• 反相放大器
闭环电压增益 输入电阻 输出电阻 平衡电阻
输入电阻 输出电阻
AVF=-R2/R1 Ri = R1C R0≈0 R3=R1//R2
Ri= 400M R0≈0
• 单位增益电压跟随器
• 在工程设计过程中应注意的问题 a.电源引线要短而粗，且正负电源引脚接入旁路 电容。 b.信号线要短，且不要和电源线并行。 c.正负电源不能接错，以免损坏器件。 • 电路调试中的次序 a. 检查电源是否正确。 b. 在零输入情况下，输出端是否为零，如不为 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，检查电路联接是否正确。 c.接入信号，测量输出是否正确，如与设计值基本 相近，再对各参数进行微调。如距设计要求相差 太远，检查电路各元件与设计值是否相符。
1．常用运算放大器的种类
（1）通用型运算放大器 双极型 µA741 LM324；OP07、OP27、OP37、 （OPA27、OPA37）；JFET（CMOS）高输入 阻抗运算放大器 TL081/082/084, CA3140 ；高频 型运放 LM318，µA733，µA715；高精度型 µA725；暂波放大器ICL7650 等。 （2） 仪用型放大器 高精度型 AD524，AD624，低噪声型 INA102， INA103，INA108 可编程型 AD562，PGA103，PGA202 。
• 对自制的三运放电路来说，请注意技 术指标中的输入失调电压和噪声都被 乘以√2。这是因为在三运放型的放大 器中有二个运放在它的输入端，两者 对全部的误差都有贡献。
2、AD524放大器 •
AD524是高精度单片式仪用放大器，它可以 使用在恶劣的工作条件下需要获的高精度的数 采系统中。它的输出失调电压漂移小于25µV/℃， 输入失调电压漂移小于0.5µV/℃,在全增益范围 内,共摸抑制比高达120DB,最大非线性失真仅为 0.003℅。该器件不需任何外接元件就能实现1、 10、100和1000倍的信号增益，而对1∽1000范 围内的其它增益值，只需外接一只电阻即可实 现所需要的增益值。由于线性度好、共摸抑制 比高、低漂移和低噪声，使得AD524在许多领 域得到广泛应用。
3）隔离放大器 变压器耦合型 AD202，AD208。光电耦 合型 ISO100，ISO130。
2. 运算放大器的参数及应用
（1） LM741、F741、µA741 LM741、F741、 1） 极限参数 2） 常温参数 3） 内部结构
3、常用器件应用与计算
• 同相放大器 闭环电压增益 AVF=1+R2/R1 输入电阻 Ri=ric 输出电阻 R0≈0 平衡电阻 R3=R1//R2 ric为运放本身同相端对地的共摸 输入电阻，一般为108 。
• 主要性能参数 低噪声： 不大于 6 nV/(在1KHZ); 低失调: 不大于2mV; 低漂移: 10µV/℃; 高开环增益: 不小于110dB; 高共摸抑制比: 不小于86dB; 高电源抑制比: 不小于86dB; 输入阻抗： 差摸 1013 共摸 1014
•
OPA121/602是一个高输入阻抗类 精密运放。所以在应用时要对输入 端进行保护，否则就会失去运放故 有特性。图1-7示出了OPA121的基 本连接电路。这里的8脚（芯片基 底）与保护环（在做PCB板时，将3、 2脚围起来的线圈）相连，作为输 入保护。电压增益计算方法同上。 图1-8为OPA602的基本方法。8脚空 不用。
（3） OPA121/602低偏置电压电流运算放大 低偏置电压电流运算放大 器 • OPA121/602S是低成本高速FET输入精密 运算放达器。内部电路结构如图1-6（a）、 1-6（b）所示。二者电路结构基本相同， 输入为FET场效应管插分输入，差摸和共摸 阻抗都很高偏置采用共基电路，具有很低 的输入偏流。有调零输出端。OPA121的8 脚为基底连接。OPA602的8脚为空脚。在 实际应用时，一般不需要调零，若要调零 可采用图1-6（C）的连接电路。即1、5脚 与负电源接入10K 多多圈电位器进行调整。 调整范围约±10 mv
典型应用
• 图a为二阶有源低通滤波器,设计时往往取 R1=R2=R,C1=C2=C并使增益大于1。截止 频率的表达式为 F-3dB=1/（2лRC），增 益表达式为G=1+（R3/R4）。 • 图b为二阶有源高通滤波器，设计时往往取 R1=R2=R,C1=C2=C并使增益大于1。截止 频率的表达式为 F-3dB=1/（2лRC），增 益表达式为G=1+（R3/R4）。 • 图C为二阶有源带通滤波器，设计时往往取 R1=R3=1/（2R2）。C1= C2 = C并使增益 大于1。截止频率的表达式为 F-3dB=1/ （2√2л RC），图中参数，带通频率为 10MHZ增益为70。
• 4)斩波放大器 斩波放大器 直流小信号的放大总是一个麻烦的 问题，因为直流放大器的零点漂移影 响了放大精度。为此，可以采取斩波 稳零的方法。斩波稳零是真对交流信 号不存在零点漂移的特点，先把直流 信号变成为等幅的方波，然后将这个 方波放大，最后又还原成直流信号。
• 图1-10是一个斩波稳零放大器的具体
• 性能特点 低噪声： 不大于3.8nV/(在1KHZ); 低失调: 不大于25μV; 低漂移: 0.6μV/C(OPA27/37); 高开环增益: 不小于120dB; 高共摸抑制比: 不小于114dB; 高电源抑制比: 不小于100dB; 共模输入电阻： 2 X 1010 Ω。
• 典型应用 OPA27/37和其它运放一样具有许多 用途，特别是在低噪声、高性能仪表 系统设计中，往往将其用作前置放大。 图1-5就是在高性能盒式磁带机中的应 用。为了获得高性能，其电阻应选用 金属膜电阻器，电容应选用云母或钽 电容。只有这样才能显示出OPA27/37 的低噪声特性。
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AD524具有A、B、C、S等四种不同 精度和温度范围的系列器件；A级为民 品；B级为低漂移器件；C级为低漂移 高度线性化器件，可用作工业品，温 度范围为-25∽+85℃；S级温度范围为 -55∽+125℃。它的封装采用16脚DIP 陶瓷封装结构与20脚的LCC封装结构。 引脚见图2-2所示。
• 低噪声： 峰峰值不大于0.3µV（0.1— 10HZ）； • 非线性小: 不大于0.003℅(G=1); • 共摸抑制比高: 不小于110dB; • 失调电压小: 不大于50µV/℃; • 失调电压漂移小: 不大于0.5µV/℃; • 增益带宽: 25MHZ ; • 引脚编程增益: 1、10、100、1000； • 具有输入保护，失调电压调整等功能。
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设计放大电路时的一个重要内容，是根据使 用要求选择放大器的种类与型号。特别是随着新 型运算放大器的不断出现，不同种类和型号的运 算放大器之间有相当大的差别。这种差别不仅仅 表现在能否按设计要求实现实际电路，还对电路 中其他器件的选择（如RC器件，数字电路器件， 电源器件等）和电路板的设计有直接影响。选择 运算放大器的基本依据，是电路对运算放大器各 种指标的要求。运算放大器的性能指标参数有输 入偏置电压和电流，输入输出失调电压和电流， 噪声输出特性，电源噪声抑制能力，所需电源种 类和范围，小信号和大信号时的带宽增益乘积， 信号跟踪特性，输出特性以及功耗特性等。
电路。二个模拟开关用一个400HZ方波 控制。当开关K1导通时，A点变零，而 K1断开时，A点电压与输入等值。A点 的方波经放大器放大六倍后输出。输 出的方波在开关K2的作用下，在B点能 解调为与之等幅的直流电压。最后由 低通滤波器滤去不必要的高频成分后， 将放大后的电压输出。
• 上面我们介绍了斩波放大器工作原理，他 是用通用运放组成的，下面我们介绍 ICL7650斩波放大器，第四代运放，他是把 开关、放大器、电阻、电容、时钟电路集 成在一个基片上，性能更为优越。典型接 法见图1-11。引图见图1-12所示。 • 主要参数 输入失调电压 2µV 温漂 100 n V/℃ 偏置电流 1.5PA 带宽增益集GB 2MHZ
内部结构与基本接法
• 图2-3（a）是AD524内部电路，其中有基本的精 密增益电阻、输入保护电路、三运放偏置电路及 精密运算放大器。图2-3（b）是基本接法。增益 选择端×10、×100、×1000分别表示放大倍数 为10、100与1000，当RG2选择端与其一相连时， 就可设置成所需要的增益值。例如将RG2与1000 相连时，增益值就是1000。当要设置任意增益时， 在RG1与RG2之间接入一只增益电阻RG即可。若 需要调节失调电压时，在4、5脚之间接入10K 电 位器，电位器的中心头接正电源即可。RG与增益 的关系有下式确定： • G = 1 + 40K /RG
二、放大电路
• 放大电路是电子系统中最常用的电路， 放大电路种类繁多，特性各异，电路设计 的侧重点有很大的不同。放大电路的设计 一般是使用运算放大器作为基本放大器件。 按用途分，运算放大器可以分为通用运算 放大器，高频运算放大器，仪用运算放大 器，特殊运算放大器（如对数放大器等）， 功率运算放大器等。
三、仪器用放大器
1、仪器用放大器基本结构与增益计算
如图2-1所示为常用仪器放大器基本结构，他 是有三个运放组成的，该电路中A1与A2的失调电 压量值和方向相同，可以互相抵消，所以此种电 路精度很高。A1与A2组成基本放大器，A3为输 出放大器。 • 电压增益 V0/Vⅰ= - R4/R3（1+2R2/R1） • 第一级放大器的增益的大小有R1与R2决定，一 般称作基本增益，第二级放大器增益的大小有R3 与R4决定，称作输出增益，总增益为二者之积。