有源濾波器中使用放大器時要考慮哪些重要因素

繼續(xù)寫放大器，一塊是TI的LM6482，一個是AD的623.

LM6483超低偏置電流、精密CMOS軌到軌輸入和輸出雙路運算放大器

AD623單電源、軌到軌、低成本儀表放大器

可以看到后面的AD其實還算是儀表放大器，就是我寫過的：儀表放大器

一般還有個叫法是：滿擺幅運算放大器那這兩個的區(qū)別是啥？（我都寫了叫法一樣了）意思相同。從軌到軌（Rail to Rail）運算放大器的工作特征來看，也稱為滿擺幅放大器。從輸入方面來講，其共模輸入電壓范圍可以從負電源電壓到正電源電壓；從輸出方面來講，其輸出電壓范圍可以從負電源電源到正電源電壓。也可以說，這是一個與供電電壓密切相關(guān)的特性，對器件的輸入或輸出無失真動態(tài)范圍有很大的影響，當 ΔV 很小時(10mV--100mV)，無失真動態(tài)范圍最小電壓為 VSS+ΔV，最大值為 VCC-ΔV，具有這樣動態(tài)范圍的運放就叫Rail to Rail運放。

這是我能找到最好的圖了

滿載

指器件的輸入輸出電壓范圍可以達到電源電壓，這種器件，一般都是低壓器件（+/-5V 或 single +5V），輸入輸出電壓都能達到電源（輸入甚至可以超過）。大部分運算放大器要求雙電源(正負電源)供電，只有少部分運算放大器可以在單電源供電狀態(tài)下工作。需要說明的是，單電源供電的運算放大器不僅可以在單電源條件下工作，也可在雙電源供電狀態(tài)下工作。另外，軌到軌運放，可以分為輸入軌到軌，輸出軌到軌，輸入和輸出軌到軌，輸入到正軌，輸入到負軌。一般用這種放大器的時候要看下面兩個參數(shù)： common mode input voltage 也叫input voltage swing.當運放的輸入電壓在common mode input voltage標注范圍之內(nèi)，則運放處于線性工作狀態(tài)；若超出標注范圍，則運放開始失真。共模電壓是指運放正負兩端電壓的平均值。

output voltage swing 輸出電壓在output voltage swing標注范圍之內(nèi)，則運放處于線性工作狀態(tài)；若超出標注范圍，則運放開始失真。讓我來總結(jié)一下，在低電源電壓應(yīng)用中，無論是使用單電源，或是低電壓雙極性電源，放大器的輸入范圍和輸出擺幅都有一定的限制，有限的輸入范圍和受限的輸出擺幅都會減小放大器的動態(tài)范圍。

軌到軌放大器不僅有助于擴展這個動態(tài)范圍，而且還能提高性能。動態(tài)范圍就是最大和最小的值是多少，一般來說，越大越好。放大器通常采用射極跟隨器(源跟隨器)或共發(fā)射極(共源極)輸出級電路。射極跟隨器可提供較低的失真，但輸出擺幅也較小，這是因為輸出級晶體管需要在線性區(qū)域工作，這樣會使輸出擺幅減小約1V。軌到軌輸出放大器一般采用共射極或共源極輸出電路，雖然這種輸出電路無法提供像射極跟隨器那么好的性能，但它能提供更寬的擺幅。軌到軌輸出的擺幅能夠非常接近電源軌，但由于晶體管上有一定的壓降，所以也不能完全達到軌電壓，不過兩者的差值在幾毫伏之內(nèi)。一、場效應(yīng)管(FET)輸入運算放大器能帶來什么好處 FET輸入的運算放大器具備幾個優(yōu)勢。

由于它具有極低的輸入偏置電流，通常在pA范圍內(nèi)，因而對輸入電路產(chǎn)生的負載也極低，這樣就可使用大的源電阻，而不會引入明顯的失調(diào)電壓誤差(大小為輸入偏置電流與源電阻的乘積)。由于輸入偏置電流如此之低，因此將運算放大器用于反相配置時，就沒有必要補償輸入失調(diào)電壓誤差。在這種配置中，補償放大器的一種常用方法是采用一個電阻將同相輸入端連接到地，該電阻的阻值是反饋和增益設(shè)置電阻的并聯(lián)組合，但現(xiàn)在由于電流很低，這里也不再需要此電阻，因此簡化了電路。FET輸入運算放大器的一種常見應(yīng)用就是在光電二極管檢測器應(yīng)用中作為電流-電壓轉(zhuǎn)換器(I-V轉(zhuǎn)換器)。

在這些應(yīng)用中，光電二極管的電流非常小，因此強制要求所用運算放大器必須具備極低的輸入偏置電流，這樣才能確保所有的光電二極管電流都通過反饋電阻(產(chǎn)生輸出電壓)，而不是進入運算放大器中，否則將會在運算放大器電流-電壓轉(zhuǎn)換器的預(yù)期輸出電壓中引入誤差。二、放大器輸出阻抗和輸出驅(qū)動能力如何影響系統(tǒng)性能低輸出阻抗之所以重要是有多方面的原因。理想放大器的輸出阻抗是零，但理想放大器實際上并不存在，所以每個放大器都有一定的輸出阻抗。負反饋和環(huán)路增益有助于減小輸出阻抗，但在選擇運算放大器時還得十分小心。

輸出阻抗與頻率有很大關(guān)系，并且隨頻率升高而增加。低輸出阻抗可確保放大器能準確地再生輸入信號，失真很小甚至沒有失真。例如在50Ω系統(tǒng)中，輸出阻抗為5Ω的放大器代表信號路徑中的誤差為5%。在更低阻抗負載情況下，由輸出阻抗引起的誤差會更明顯。低輸出阻抗還意味著放大器本身會有更低的功耗。在驅(qū)動低阻抗負載時，大電流輸出也是一種有用的特性。驅(qū)動低阻抗負載的能力取決于魯棒性的輸出級電路。

如上所述，軌到軌輸出具有更大信號擺幅和更大動態(tài)范圍的優(yōu)勢。具有軌到軌輸出和大電流驅(qū)動能力的放大器是一種極其優(yōu)秀的組合。大輸出電流的放大器在驅(qū)動低阻抗負載時可以在輸出端實現(xiàn)寬電壓擺幅。

在有源濾波器中使用放大器時要考慮哪些重要因素

在為有源濾波器電路選擇放大器時，有許多因素必須加以考慮。本文無法對所有因素進行闡述，這里僅探討一些較為重要的因素。首先，為了保證有源濾波器能夠提供合適的頻率性能，帶寬是一個關(guān)鍵的考慮因素。放大器必須具備足夠的帶寬，以確保濾波器的性能取決于正確的濾波器頻率響應(yīng)，而不是放大器的限制。沒有足夠帶寬的放大器將引起過早的滾降和失真。

在選擇放大器時，一般公認的做法是使用帶寬至少為所需濾波器帶寬10倍的放大器，這樣能保證有源濾波器的性能取決于頻率而不是放大器。例如帶寬為15MHz的低通有源濾波器，我們應(yīng)該選用帶寬至少為150MHz的放大器。其次需要考慮的是低輸出阻抗。對整個濾波器來說，目標工作頻率范圍很重要。在寬帶寬濾波器中，選擇一個在整個頻率范圍內(nèi)都具有低輸出阻抗的放大器是很重要的。在較高頻率的濾波器應(yīng)用中，濾波器元件值變得很小，因此，像放大器輸出阻抗等所有“寄生”元件或電路板寄生參數(shù)都會影響或劣化濾波器性能。在為有源濾波器應(yīng)用選擇濾波器時，壓擺率是另一個重要的考慮因素。

壓擺率是放大器輸出端的最大變化率，因此會給放大器和濾波器造成另一種頻率限制。具有較高壓擺率的放大器能夠在高頻段工作，而具有較低輸出擺幅的濾波器也能夠在高頻段工作，這是因為壓擺率也較低，這個關(guān)系可以從公式Fmax= Slew Rate/2πVpeak中看出來。輸入偏置電流也是一個需要考慮的重要參數(shù)。在有源濾波器電路中，任何一種應(yīng)用中使用多個電阻值的情況很常見。

大阻值的電阻可能會引入較大的失調(diào)電壓，這個電壓值等于電阻值乘以放大器的輸入偏置電流。根據(jù)輸入級電路的不同，輸入偏置電流范圍可從fA到μA數(shù)量級。場效應(yīng)晶體管(FET)或互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)輸入級電路具有最低的輸入偏置電流，因此當需要減小失調(diào)電壓誤差時，可選擇這兩種輸入結(jié)構(gòu)的放大器。開環(huán)增益是要考慮的另一個重要參數(shù)。就像帶寬一樣，開環(huán)增益方面也有一個一般性的公認標準，即放大器開環(huán)增益應(yīng)至少高出有源濾波器在最高頻率點增益的10倍，這樣可以確保放大器電路有足夠的閉環(huán)增益，并使環(huán)路保持閉環(huán)和鎖定。

找了放大器的參數(shù)，你看這個輸入范圍

都是三運放的放大結(jié)構(gòu)。

看看最后這個封裝

小外形集成電路(SOIC)，輕薄小外形封裝(TSSOP)和超薄小外形封裝(VSSOP)是業(yè)界最常見的封裝。

LMC6482 擁有得到保證的低電壓和低功耗特性，因此特別適合使用電池供電的系統(tǒng)。LMC6482 還采用了 VSSOP 封裝，大小幾乎是 SOIC-8 器件的一半。

一模一樣輸出

使用的時候看圖

同時適用于單電源供電和雙電源供電。在環(huán)境溫度升高的情況下，持續(xù)短路運行可能會導(dǎo)致超過允許的最大結(jié)溫 (150°C)。輸出電流長期超過 ±30mA 會對可靠性造成不利影響。

雙電源供電也是一樣的電流最大限制。

在電壓超過電源電壓的情況下，提供 Ri輸入電流保護

比16V都高。。。

在濾波器等應(yīng)用中，信號峰值超出輸入共模范圍會導(dǎo)致輸出相位反轉(zhuǎn)或嚴重失真，因此線性信號范圍至關(guān)重要。

不濾波也重要，線性范圍就是很重要。

通過使用 LMC6482 來緩沖 ADC12038 可實現(xiàn)低功耗、單電源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)解決方案。

LMC6482 能夠使用整個電源電壓范圍，因此無需降低輸入信號來滿足有限的共模電壓范圍。82dB 的 LMC4282 CMRR 將 12 位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的積分線性保持在 ±0.325LSB。

其他軌到軌輸入放大器的 CMRR 僅為 50dB，會將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的精度降至僅為 8 位。

再次看到軌到軌的強大保真度。

原理圖

SPI的接口，前面的MCU是摩托羅拉的，這個片子太老了

51也是可以模擬的

LMC6482 具有儀表電路設(shè)計所需的高輸入阻抗、高共模范圍和高 CMRR。采用 LMC6482 進行儀表電路設(shè)計，可以比大多數(shù)儀表放大器抑制更大范圍的共模信號。因此，采用 LMC6482 進行儀表電路設(shè)計是嘈雜或工業(yè)環(huán)境下的絕佳選擇。從這些特性中獲益的其他應(yīng)用包括分析醫(yī)療儀器、磁場檢測器、氣體檢測器和硅基傳感器。

在上圖中，低阻值電位器與 Rg 串聯(lián)使用，用于設(shè)置三級運算放大器儀表電路的差分增益。之所以采用這種組合，而未使用高阻值電位器，是為了提高增益修整精度并減少因振動導(dǎo)致的誤差。上圖中顯示的兩級運算放大器儀表放大器專為增益值 100 設(shè)計，可針對失調(diào)電壓、CMRR 和增益進行低靈敏度修整。低成本和低功耗是這款兩級運算放大器電路的主要優(yōu)勢。對于頻率更高且共模范圍更大的應(yīng)用，三級運算放大器儀表放大器則是絕佳選擇。

低功耗倆級的放大系統(tǒng)

3V的單緩存放大

為了獲得出色性能，請確保輸入電壓擺幅在 V+ 和 V- 之間。確保輸入不超過共模輸入范圍。為了降低輸出失穩(wěn)的風(fēng)險，驅(qū)動容性負載時，請在輸出端使用電阻式隔離。

可以使用電阻式隔離實現(xiàn)容性負載補償，如上所示。這種簡單易行的技術(shù)有助于隔離多路復(fù)用器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電容輸入。

具有輸入電流保護 (RI) 的全波整流器

使用聚苯乙烯或聚乙烯保持電容器來盡量減少電介質(zhì)的吸收和泄漏。下降率主要由 CH 和二極管泄漏電流的值決定。

電容

全波整流器波形

接下來看看PCB布線：

通常來說，任何必須以小于 1000pA 泄漏電流運行的電路均需要特殊的 PC 板布局。如果要利用 LMC6482 的超低輸入電流（通常小于 20fA），具有出色的布局至關(guān)重要。幸運的是，實現(xiàn)低泄漏的技術(shù)相當簡單。首先，用戶不得忽略 PCB 的表面泄漏，即使有時顯示的泄漏值并不高，看起來似乎可以讓人接受，但是在濕度高、遍布灰塵或污染的情況下，用戶可以感知到這種表面泄漏。為了最大限度降低任何表面泄漏造成的影響，可以環(huán)繞 LM6482 的輸入端和連接到運算放大器輸入端的電容器、二極管、導(dǎo)體、電阻器、繼電器端子等元件的終端，放置一個能夠完全覆蓋的箔環(huán)。