1、电子系统设计与实践集成运放单元电路设计集成运放单元电路设计陈 龙2022-7-28电子系统设计与实践2提纲提纲n仪器放大器n可编程增益放大器n隔离放大器n精密度整流电路n电压电流转换电路n施密特触发器2022-7-28电子系统设计与实践3提纲提纲n仪器放大器n可编程增益放大器n隔离放大器n精密度整流电路n电压电流转换电路n施密特触发器2022-7-28电子系统设计与实践4仪器放大器仪器放大器n仪器放大器，是一种高性能放大器,它一般具有高输入阻抗、高输入阻抗、高共模抑制比、高增益、高精度、高速高共模抑制比、高增益、高精度、高速等特点,仪器放大器常用在输入级作信号处理。n仪器放大器应用在智能仪表仪
2、器中，仪器放大器电路性能的优劣直接影响到智能仪表仪器能够检测的输入信号范围。仪器放大器电路的典型结构仪器放大器电路的典型结构2022-7-28电子系统设计与实践5R6UR1R5R7u1u2U”R2R3R4U3U4UicA1A2A3由由两级差分放大器两级差分放大器电路构成；运放电路构成；运放A1,A2 为同相差分为同相差分输入方式，输入方式，提高了电路的输入阻抗提高了电路的输入阻抗；仪器放大器电路的典型结构仪器放大器电路的典型结构2022-7-28电子系统设计与实践6R6UR1R5R7u1u2U”R2R3R4U3U4UicA1A2A3nA1和和A2产生的输出电压产生的输出电压223112,11R
3、RUUUUicRR33412111RRUUUUicRR 差分输入可以使电路差分输入可以使电路只对差模信号放大只对差模信号放大,而对共模输入而对共模输入信号只起跟随作用信号只起跟随作用,使得送到后级的差模信号与共模信号的使得送到后级的差模信号与共模信号的幅值之比幅值之比(即即共模抑制比共模抑制比CMRR)得到提高。得到提高。2022-7-28电子系统设计与实践7R6UR1R5R7u1u2U”R2R3R4U3U4UicA1A2A3n如输出级完全对称，如输出级完全对称，则要求：则要求：R4/R6=R7/R5066(123)(21)43)414RRRRRUUUUURRRn如如R2=R3,R4=R5=R
4、6=R7，则，则2 21211dUoRAUUR 仪器放大器电路的典型结构仪器放大器电路的典型结构2022-7-28电子系统设计与实践8普通运放构成的仪器放大器普通运放构成的仪器放大器nA1 1和和A2A2级可设计成高增益，而不致引起较大的直流失调；级可设计成高增益，而不致引起较大的直流失调；n输出级输出级A3A3尽量用小电阻，以便减少直流失调（尽量用小电阻，以便减少直流失调（IbIb引起的）；引起的）；nR4R7R4R7阻值要尽可能相等；阻值要尽可能相等；nA1A1和和A2A2要选同一芯片上的双运放，利用电路的对称性减少温漂引起的影响。要选同一芯片上的双运放，利用电路的对称性减少温漂引起的影响
5、。设计要点设计要点:R6UR1R5R7u1u2U”R2R3R4U3U4UicA1A2A32022-7-28电子系统设计与实践9实例：实例：INA128,INA1292022-7-28电子系统设计与实践10实例：实例：INA128,INA129内部结构2022-7-28电子系统设计与实践11提纲提纲n仪器放大器n可编程增益放大器n隔离放大器n精密度整流电路n电压电流转换电路n施密特触发器2022-7-28电子系统设计与实践12可编程增益放大器U0=22(1)(12)RUURwn用数控电位器构成可编程增益放大器2022-7-28电子系统设计与实践13实例：数控电位器实例：数控电位器X9312Un技
6、术参数:Vcc=5V,Ic=1mAR=1k，10k，50k(X9312U)，100k电位器可调级数:100级,阻值存贮按键式3线控制 /CS /INC U/D 阻值 L Pulse H 升 L Pulse L 降 H -不变2022-7-28电子系统设计与实践14X93122022-7-28电子系统设计与实践17可编程增益放大器PGA204PGA204 A1A0=00,G=1；A1A0=01,G=10；A1A0=10,G=100；A1A0=11,G=10002022-7-28电子系统设计与实践18提纲提纲n仪器放大器n可编程增益放大器n隔离放大器n精密度整流电路n电压电流转换电路n施密特触发器
7、2022-7-28电子系统设计与实践19隔离放大器隔离放大器n隔离放大器是隔离放大器是一种输入电路和输出电路之间一种输入电路和输出电路之间电气绝缘的放大器，一电气绝缘的放大器，一般采用般采用变压器（用于高频）变压器（用于高频）或或光耦合（用于光耦合（用于低频低频）传递信号传递信号;n隔离放大器作用是隔离放大器作用是对模拟信号进行隔离，对模拟信号进行隔离，并并按照一定的比例放大按照一定的比例放大；n在这个隔离、放大的过程中要保证输出的在这个隔离、放大的过程中要保证输出的信号失真要小，线性度、信号失真要小，线性度、精度、带宽、隔离耐压等参数都要达到使用要求；精度、带宽、隔离耐压等参数都要达到使用要
8、求；n对被测对象和数据采集系统予以隔离，从而对被测对象和数据采集系统予以隔离，从而提高共模抑制比，同时提高共模抑制比，同时保护电子仪器设备和人身安全；保护电子仪器设备和人身安全；n在工业控制、信号测量、在工业控制、信号测量、医疗器械医疗器械 等各个方面获得广泛应用。等各个方面获得广泛应用。2022-7-28电子系统设计与实践20实例：实例：线性光耦隔离放大器线性光耦隔离放大器TIL300TIL300线性光耦隔离放大器TIL300技术指标：BW:200kHzBW:200kHzV VF F:1.25V:1.25VI IF Fmax:50mAmax:50mA 隔离电压隔离电压:3500V:3500V
9、线性度：线性度：3 3122,2,31PPFFIIKKKIIKK1=K1=1221222222111PPFIKUUoIRKIRKRRKKR2311RUoKUR211RUR=这里这里K3=1K3=1，由手册给定。而，由手册给定。而IF=1nA20mAIF=1nA20mA。经实测经实测全量程内（全量程内（02.5V）线性度在）线性度在0.2%内内。设设:2022-7-28电子系统设计与实践22实例：实例：专用隔离放大器（专用隔离放大器（AD210AD210）2022-7-28电子系统设计与实践23提纲提纲n仪器放大器n可编程增益放大器n隔离放大器n精密度整流电路n电压电流转换电路n施密特触发器一般
10、二极管一般二极管硅管压降为硅管压降为0.7V0.7V,锗管为锗管为0.3V0.3V,肖特基二肖特基二极管压降为极管压降为0.2V0.2V；并且从二极管转移特性可知，它是并且从二极管转移特性可知，它是非线性的非线性的。二极管整流电路二极管整流电路精密整流电路的特点精密整流电路的特点2022-7-28电子系统设计与实践25n在实际的交直转换电路中，若直接用在实际的交直转换电路中，若直接用二极管整流将造二极管整流将造成严重的非线性成严重的非线性；n用运放构成用运放构成有源整流电路有源整流电路，实现，实现精密线性整流精密线性整流；n所整流的信号大小为：所整流的信号大小为：0.7V/Av;0.7V/Av
11、;若取若取Av=1000Av=1000，则能，则能对对0.7mV0.7mV的信号进行线性整流是完全可能的。的信号进行线性整流是完全可能的。2022-7-28电子系统设计与实践26反向精密半波整流器反向精密半波整流器n当当UiUi为为正半周正半周时，时，U0,U00Ui0时，为时，为正半周正半周，D1D1截止，截止，D2D2导通。导通。Uo=Uo=当当Ui0Ui0时，为时，为负半周负半周，D1D1导通，导通，D2D2截止。截止。Uo=0Uo=0(1)1RfUiR2022-7-28电子系统设计与实践28提纲提纲n仪器放大器n可编程增益放大器n隔离放大器n精密度整流电路n电压电流转换电路n施密特触发
12、器2022-7-28电子系统设计与实践29电压电流转换电路电压电流转换电路 VinV1V2V3IC1RLR4R3R1R2RsVoutIout_+21131212323434334/()/()OUTSLOUTLRRVVinVRRRRRVVRRRRRRVVRRR23423141134141232114123()()():0OUTaSSOSOUTaoutOLoSOSRRRVinVR RR RR RR RRRRR RR RR RVR ViniRRRR RRR RR RR R 因为大大于恒流输出条件所以实用电阻取，s则：2022-7-28电子系统设计与实践30提纲提纲n仪器放大器n可编程增益放大器n隔离
13、放大器n精密度整流电路n电压电流转换电路n施密特触发器施密特触发器的应用施密特触发器的应用2022-7-28电子系统设计与实践31n施密特触发器施密特触发器有两个阈值电压，有两个阈值电压，正向阈值电压正向阈值电压和和负向阈值电压负向阈值电压;n正向阈值电压与负向阈值电压之差称为正向阈值电压与负向阈值电压之差称为回差电压回差电压；n施密特触发器能够把变化缓慢的输入信号施密特触发器能够把变化缓慢的输入信号整形成边沿陡峭的矩形脉冲整形成边沿陡峭的矩形脉冲；n施密特触发器可应用于施密特触发器可应用于滤波，脉冲鉴幅、反相器滤波，脉冲鉴幅、反相器等电路。等电路。n施密特触发器使得的小幅值干扰不会对反相器产生影响，从而避免了误施密特触发器使得的小幅值干扰不会对反相器产生影响，从而避免了误动作的发生。动作的发生。2022-7-28电子系统设计与实践32反向施密特触发器反向施密特触发器112112THHTLOLRVVoRRRVVRRn当输出电压最大值为13V时VTH=+5V，VTL=-5V2022-7-28电子系统设计与实践33同向施密特触发器同向施密特触发器n当输出电压最大值为13V时VTH=+5V，VTL=-5V1212THLTLOHRVVoRRVVR
