模擬工程師電路設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊：運(yùn)算放大器①

目錄

基本電路（√）

緩沖器（跟隨器）電路①（√）

反相放大器電路②（√）

同相放大器電路③（√）

反相求和電路④（√）

差分放大器（減法器）電路⑤

兩級運(yùn)算放大器儀表放大器電路⑥

三級運(yùn)算放大器儀表放大器電路⑦

積分器電路⑧

微分器電路⑨

電流感應(yīng)

跨阻放大器電路

輸出擺幅可至 GND 電路的單電源低側(cè)單向電流檢測解決方案

單電源、低側(cè)、單向電流檢測電路

低側(cè)雙向電流檢測電路

具有瞬態(tài)保護(hù)功能的高側(cè)、雙向電流檢測電路

高側(cè)電流檢測電路設(shè)計(jì)

三十倍頻負(fù)載電流感應(yīng)電路

采用電流輸出電流檢測放大器的高電壓、高側(cè)浮動(dòng)電流檢測電路

具有集成精密增益電阻器的低漂移低側(cè)雙向電流檢測電路

過流事件檢測電路

信號源

PWM 發(fā)生器電路

可調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電壓電路

電流源

低電平電壓-電流轉(zhuǎn)換電路

濾波器

交流耦合 (HPF) 反相放大器電路

交流耦合 (HPF) 同相放大器電路

帶通濾波反相衰減器電路

快速趨穩(wěn)、低通濾波電路

低通濾波、反相放大器電路

非線性電路（整流器/鉗位/峰值檢測器）

半波整流器電路

全波整流器電路

單電源、低輸入電壓、全波整流器電路

壓擺率限制器電路

信號調(diào)節(jié)

單端輸入轉(zhuǎn)差分輸出電路

采用反相正基準(zhǔn)電壓電路的反相運(yùn)算放大器

采用反相正基準(zhǔn)電壓電路的同相運(yùn)算放大器

采用同相正基準(zhǔn)電壓電路的同相運(yùn)算放大器

采用同相正基準(zhǔn)電壓電路的反相運(yùn)算放大器

單電源差動(dòng)輸入至差動(dòng)輸出交流放大器電路

反相雙電源至單電源放大器電路

雙電源、分立式、可編程增益放大器電路

交流耦合儀表放大器電路

分立式寬帶寬 INA 電路

低噪聲、遠(yuǎn)距離 PIR 傳感器調(diào)節(jié)器電路

利用 NTC 電路檢測溫度

利用 PTC 電路檢測溫度

采用全差分放大器的差分輸入至差分輸出電路

使用全差分放大器設(shè)計(jì)單端輸入至差分輸出電路

比較器

信號與時(shí)鐘恢復(fù)電路

具有和不具有遲滯的比較器電路

采用比較器的高側(cè)電流檢測電路

高速過流檢測電路

具有遲滯功能的反相比較器電路

低功耗雙向電流檢測電路

具有遲滯功能的同相比較器電路

采用比較器的過壓保護(hù)電路

采用集成基準(zhǔn)的窗口比較器電路

弛張振蕩器電路

熱敏開關(guān)電路

采用比較器的欠壓保護(hù)電路

窗口比較器電路

采用比較器的過零檢測電路

傳感器采集

單電源應(yīng)變儀橋式放大器電路

光電二極管放大器電路

音頻 同相麥克風(fēng)前置放大器電路

TIA 麥克風(fēng)放大器電路

模擬工程師電路設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊：放大器（第二版）

編輯者的話：

模擬工程師電路設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊：放大器可提供放大器子電路設(shè)計(jì)理念，便于您快速借鑒這些理念來滿足特定系統(tǒng)需求。每 種電路都以“示例定義”的形式呈現(xiàn)。里面包括一些像食譜一樣的分步式說明，并且?guī)в心軒椭倪M(jìn)電路從而滿足您的 設(shè)計(jì)目標(biāo)的公式。而且，所有電路都通過 SPICE 仿真的驗(yàn)證。

我們?yōu)槊總€(gè)電路推薦了至少一種放大器，但是如果有更適合您的設(shè)計(jì)的器件，您仍可進(jìn)行更換。

我們的電路要求您對放大器的概念有一個(gè)基本的了解。如果您不熟悉放大器設(shè)計(jì)，我們強(qiáng)烈建議您完成 TI 高精度實(shí)驗(yàn)室 (TIPL) 系列培訓(xùn)。TIPL 包括一些有關(guān)介紹性主題的課程，比如器件架構(gòu)以及應(yīng)用特定的高級問題解決方案（使用理論和實(shí)踐知識(shí)）。

我們希望這一放大器電路資源匯總可以幫助改善您的設(shè)計(jì)。我們的目標(biāo)是利用超值放大器電路構(gòu)建塊定期更新指導(dǎo)手冊。

設(shè)計(jì)說明

此設(shè)計(jì)用于通過提供高輸入阻抗和低輸出阻抗來緩沖信號。該電路通常用于驅(qū)動(dòng)低阻抗負(fù)載、模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 和緩沖器基準(zhǔn)電壓。該電路的輸出電壓等于輸入電壓。

設(shè)計(jì)說明

1. 使用運(yùn)算放大器線性輸出運(yùn)行范圍，通常在 A_OL 測試條件下指定該范圍。

2. 小信號帶寬由放大器的單位增益帶寬決定。

3. 檢查數(shù)據(jù)表中的最大輸出電壓擺幅與頻率間的關(guān)系圖，以最大限度地減小轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的失真。

4. 共模電壓等于輸入信號。

5. 不要將電容負(fù)載直接放置在大于數(shù)據(jù)表推薦值的輸出上。

6. 如果驅(qū)動(dòng)低阻抗負(fù)載，可能需要高輸出電流放大器。

7. 有關(guān)運(yùn)算放大器線性運(yùn)行區(qū)域、穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的失真、電容負(fù)載驅(qū)動(dòng)、驅(qū)動(dòng) ADC 和帶寬的更多信 息，請參閱設(shè)計(jì)參考部分。

設(shè)計(jì)步驟 此電路的傳遞函數(shù)遵循： 

1.驗(yàn)證放大器是否可利用所提供的電源電壓達(dá)到期望的輸出擺幅。使用在 AOL 測試條件中給出的輸出擺 幅。放大器的輸出擺幅范圍必須大于設(shè)計(jì)所需的輸出擺幅。

? 使用 ±15V 電源的 LM7332 的輸出擺幅大于設(shè)計(jì)所需的輸出擺幅。因此，滿足該要求。

? 查看數(shù)據(jù)表中的輸出電壓與輸出電流之間的關(guān)系曲線，驗(yàn)證是否可實(shí)現(xiàn)與所需輸出電流對應(yīng)的所需輸出電 壓。

2. 驗(yàn)證在使用所提供的電源電壓時(shí)不會(huì)超出放大器的輸入共模電壓。放大器的輸入共模電壓范圍必須大于輸入信號電壓范圍。

? 使用 ±15V 電源的 LM7332 的輸入共模范圍大于設(shè)計(jì)所需的輸入共模范圍。因此，滿足該要求。

3. 計(jì)算最大程度地降低轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的失真所需的最小壓擺率。

? LM7332 的壓擺率為 15.2V/μs。因此，滿足該要求。

4. 驗(yàn)證器件將有足夠的帶寬用于所需的輸出信號頻率。

? 所需的輸出信號頻率小于 LM7332 的單位增益帶寬。因此，滿足該要求。

設(shè)計(jì)說明

該設(shè)計(jì)將輸入信號 V_i 反相并應(yīng)用 –2V/V 的信號增益。輸入信號通常來自低阻抗源，因?yàn)樵撾娐返妮斎胱杩? 由輸入電阻器 R₁ 決定。反相放大器的共模電壓等于連接到同相節(jié)點(diǎn)的電壓，該節(jié)點(diǎn)在該設(shè)計(jì)中接地。

設(shè)計(jì)說明

1. 在線性運(yùn)行區(qū)域內(nèi)使用運(yùn)算放大器。通常在 A_OL 測試條件下指定線性輸出擺幅。該電路中的共模電壓不 隨輸入電壓的變化而變化。

2. 輸入阻抗由輸入電阻器決定。確保該值大于電源的輸出阻抗。

3. 使用高值電阻器可能會(huì)減小電路的相位裕度并在電路中引入額外的噪聲。

4. 避免將電容負(fù)載直接放置在放大器的輸出端，以最大程度地減少穩(wěn)定性問題。

5. 小信號帶寬由噪聲增益（或同相增益）和運(yùn)算放大器增益帶寬積 (GBP) 決定?？梢酝ㄟ^添加與 R₂ 并聯(lián) 的電容器來完成額外的濾波。如果使用了高阻值電阻器，那么添加一個(gè)與 R₂ 并聯(lián)的電容器可提高電路的 穩(wěn)定性。

6. 大信號性能會(huì)受到壓擺率的限制。因此，應(yīng)檢查數(shù)據(jù)表中的最大輸出擺幅與頻率間的關(guān)系圖，以最大程 度地減小轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的失真。

7. 有關(guān)運(yùn)算放大器線性運(yùn)行區(qū)域、穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的失真、電容負(fù)載驅(qū)動(dòng)、驅(qū)動(dòng) ADC 和帶寬的更多信 息，請參閱“設(shè)計(jì)參考”部分。

設(shè)計(jì)步驟

下面給出了該電路的傳遞函數(shù)。

1. 確定 R1 的起始值。R1 相對于信號源阻抗的大小會(huì)影響增益誤差。假設(shè)信號源的阻抗較低（例如 100Ω），則設(shè)置 R1 = 10kΩ，以實(shí)現(xiàn) 1% 的增益誤差。

2. 計(jì)算該電路所需的增益。由于這是一個(gè)反相放大器，因此在計(jì)算時(shí)使用 V_iMin 和 V_oMax。

3. 計(jì)算 R₂ 值，以實(shí)現(xiàn)所需的 –2V/V 信號增益。

4. 計(jì)算小信號電路帶寬，以確保其滿足 3kHz 要求。確保使用電路的噪聲增益或同相增益。

5. 計(jì)算最大程度地降低轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的失真所需的最小壓擺率。

? S_RTLV170=0.4V/μs，因此它滿足該要求。

6. 為了避免穩(wěn)定性問題，確保器件的增益設(shè)置電阻和輸入電容創(chuàng)建的零點(diǎn)大于電路的帶寬。

? C_cm 和 C_diff 分別是 TLV170 的共模和差分輸入電容。

? 由于零點(diǎn)頻率大于此電路的帶寬，因此不滿足該要求。

交流仿真結(jié)果

該電路的帶寬取決于噪聲增益 (3V/V)?？梢酝ㄟ^查看 –3dB 點(diǎn)來確定帶寬，在信號增益為 6dB 的情況下， 該點(diǎn)位于 3dB 處。仿真與計(jì)算值 (400kHz) 具有充分的相關(guān)性。

瞬態(tài)仿真結(jié)果

輸出的幅度是輸入的兩倍，并且二者反相。