运算放大器地全参数选择

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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

RF

3.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=

Avc Avd

共模增益

运算放大器的差模增益,

通常以对数关系表示:Kcmr=20log

Avc Avd

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。

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 =2

1( 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+。当I IO 流过信号源内阻时,产生输入失调电压。而且它也是温度的函数。

7. 差模输入电阻R ID

在一般应用电路中,输入阻抗是指差模输入电阻R ID 。它一般为100K Ω~1M Ω,高输入阻抗运算放大器的差模输入电阻可达1013Ω。

8. 温度漂移

输入失调电压、输入失调电流和输入偏置电流等参数均随温度、时间和电源等外界条件的变化而变化。其中输入偏置电流的变化是造成放大器温度漂移的主要原因。对于双极晶体管输入级运算放大器,输入偏置电流随温度上升而变小,数量级为nA 级。

输出峰-峰电压是在电源电压和负载为额定值时,运算放大器的最大峰-峰电压。例如uA741在±15V 电源电压下工作时,其输出峰-峰电压约为±14V 。它实际上随电源电压、负载电流和工作频率的变化而变化。

10. 最大输出电流I OM

运算放大器在保持输出峰-峰电压的情况下所能提供的最大输出电流用I OM 表示,一般约为10~20mA 。

11. 开环输出电阻R OS

运算放大器在开环状态下,其输出电压变化量和输出电流变化量之比称为输出电阻。它的大小反映运算放大器的负载能力,一般在几百欧姆的数量级。

运算放大器的基本单元

1. 加法器

-Vo =22

11VI RI RF VI RI RF 2. 减法器

Vo =112)2)(11(VI RI RF VI RP RI RP RI RF RI -++ 如果选取电阻值满足RF/RI1=RP/RI2的关系,则输出电压Vo 可简化为

Vo =)12(1

VI VI RI RF - 3. 微分器

4. 积分器

如果将电路中的两个二极管同时反接,则变成为正极性输入电压线性整流电路。如果不接入二极管D1,则输入信号为正时,D2截止,放大器变成开环,不能保持虚地,就不能成为整流电路。

在线性半波整流电路的基础上,加上一级加法器,就组成了绝对值电路。其中前级组成负极性输入电压半波整流,在RI=RF的条件下,输入电压与V1的关系为:

V1=0 (当VI > 0时),V1=︱VI︱(当VI < 0时)

V1与VI由反相加法器求和。当VI > 0时,V1=0;

在RI2=RF1的条件下,Vo=-VI。

当VI < 0时,V1=︱VI︱,由于RF1=2RI1,后级组成闭环增益为2的反相比例放大器,所以Vo=-(2V1+VI)= -︱VI︱。

这样,无论输入信号的极性如何,输出信号总为负,而且在数值上等于输入信号的绝对值。

7.比较器

开环运算放大器就是最基本的比较器。由于开环增益Avd很大,只要VI+>VI-,输出电压就为正输出极限Vg;反之则为负输出极限Vd。同时放大器不加补偿网络,有利于提高比较速度。

任意电平比较器:它将输入信号与某一非零给定电压进行比较。放大器接成加法器,给定电压和输入信号分别从经两个输入电阻输入。忽略由输入失调电压和失调电流所产生的误差,在IF为正时,输出为负极限幅值;在IF为负时,输出为正极限幅值。IF为零时的输入电压就是比较器的给定电压。当改变输入电压比RI2/RI1时,对于已知给定电压,便可以改变被检测的输入电压值。

8.复合PI调节器

电梯:对于电动状态下,电机由零速向满速的加速过程中,刚开始调节器的比例增益应该随转速增高而减小,在临界转差处达到最小值,然后随转速的增高而增大,在满速时保持最大值。对于制动状态下,电机由满速向零速的减速过程中,调节器比例增益应该随转速的下降而减小。这就要求调节器必须满足下述要求:对系统动态品质起决定性作用的中频段以-20dB/十倍频程过零,且须有一定宽度,以保证系统的稳定性;截止频率应尽可能大一些,以提高系统的快速性;低频端的增益要高,以保证静态精度;高频端要衰减的快些,以提高系统抗干扰的能力。

复合PI调节器实际上由三个基本调节器组成:固定比例增益的低频、高频端调节器和可调增益的中频段调节器。它的参数选择以其闭环幅频特性谐振峰值(振荡指示)最小为准则,基本满足了电梯电、制动调节器的要求。按图示参数,高、中、低频端的比例增益分别为3.3、10~1000、51;高、中、低频段的积分时间常数分别为3.3ms、470ms、

2.4s。由此可见,在加、减速过程中,主要是中、低频段调节器起作用、调节中频段的

比例增益和积分时间常数,以适应不同系统的要求,同时减少发生机械谐振的可能性。

在满速运行过程,中、低频段调节器接近开环状态,主要是高频段起调节作用,以降低系统的干扰影响。显然,复合PI调节器属于定PI参数调节,仍然不能完全适应调速系统的动态特性要求,只有在数字控制方式中才有可能实现变PI参数调节。

9.直流反相放大器